KR20060112186A - Direct detection method for products of cellular metabolism using tof-sims - Google Patents

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다니엘 피. 오키프
카트린 지. 로이드
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

A rapid and efficient method for novel biological substance screening by surface analysis has been developed using Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS). This method relies on the surface screening of an array of micro-organisms grown on porous membranes, which had previously been in contact with a solid growth medium. ToF-SIMS analysis differentiates among organisms producing different substances, either directly as molecular product, or indirectly through the use of multivariate statistical data reduction techniques. This method has many advantages over traditional microbial screening methods, which require sample preparation and time for assay development.

Description

ToF-SIMS를 사용하는 세포 대사 생성물의 직접 검출 방법{Direct Detection Method for Products of Cellular Metabolism Using ToF-SIMS}Direct Detection Method for Products of Cellular Metabolism Using ToF-SIMS

본 특허 출원은 2003년 9월 11일자 출원된 미국 특허 출원 USSN 60/502151의 우선권을 주장한다.This patent application claims the priority of US patent application USSN 60/502151, filed September 11, 2003.

본 발명은 미생물 분야에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 이동-시간(time-of-flight) 질량 분석에 의한 세포 생성물의 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the field of microorganisms. More specifically, the present invention relates to a method of detecting cell products by time-of-flight mass spectrometry.

구별되거나 바람직한 특성을 갖는 개체에 대하여 생물학적 시료 또는 수거물, 및 돌연변이 또는 유전자-발현 라이브러리를 분석하는 데 많은 다양한 기술이 현재 사용가능하다. 대부분의 방법은 시료, 수거물 또는 라이브러리로부터 성장한 개개의 콜로니를 페트리 접시로부터 마이크로타이터(microtiter) 접시 형태로 취한 다음, 이를 일정시간 동안 성장하도록 항온처리한 후, 상당한 시료의 처리 및 준비를 필요로 하며, 이 모든 것은 분석 단계 이전에 수행된다. 많은 개체가 분석되어야 할 경우, 상기 단계는 바람직하지 못하다. 보다 적은 시료 준비를 필요로 하는 분석 방법이 다수의 시료를 분석하는 데 사용하기 위해 개발되었다.Many different techniques are currently available for analyzing biological samples or harvests, and mutation or gene-expression libraries for individuals with distinct or desirable properties. Most methods require taking individual colonies grown from a sample, harvest or library in the form of a microtiter dish from a petri dish, then incubating them for growth over a period of time, followed by significant sample processing and preparation. All of this is done before the analysis phase. If many individuals are to be analyzed, this step is undesirable. Analytical methods requiring less sample preparation have been developed for use in analyzing large numbers of samples.

많은 시료의 높은 처리량 분석을 가능하게 하는 질량 분석 시료 분석법에 대한 개량이 WO 00/48004에 기재되었다. 상기 방법은, 관심있는 성분을 휘발성 완충 액, 유기 용매 또는 이온 교환 수지를 가하는 등의 방법을 이용하여 정제함으로써 시료를 질량 분석기 내에 주입하기 전에 일반적으로 요구되는 컬럼 분리 단계를 없애준다. 또한, 성분들이 고체 지지체에 부착되어 정제될 수 있었다. 그러나, 상기 방법은 여전히 분석 이전에, 관심있는 성분(들)의 일부 정제가 수행된 다음, 상기 정제된 시료를 질량 분석기 내로 주입할 것이 요구된다.Improvements to mass spectrometry sample analysis that allow for high throughput analysis of many samples have been described in WO 00/48004. The method purifies the components of interest using methods such as adding volatile buffers, organic solvents or ion exchange resins, thereby eliminating the commonly required column separation steps before injecting the sample into the mass spectrometer. In addition, the components could be attached to the solid support and purified. However, the method still requires some purification of the component (s) of interest to be performed prior to analysis, followed by injection of the purified sample into the mass spectrometer.

분석 방법에서 시료 성분 정제를 없애는 것이 US 5914245에 기재되어 있다. 본 방법에서는, 바닥 위 세포의 미세콜로니를 광학적으로 검출가능한 신호의 변화에 대하여 시간 경과에 따라 광학적으로 추적하였다. 세포를 광학 신호 기질과 접촉시킴으로써 광학적으로 검출가능한 신호가 발생되고, 그로부터 효소 반응을 통해 광학적으로 검출가능한 신호가 생성된다. 시간에 따른 광학적으로 검출가능한 신호의 추적은 상기 미세콜로니에 의해 생성된 효소의 활성을 특징화하는 것을 가능케 한다. 이 방법에서 세포는 광학 신호 기질을 세포 내용물에 노출시키기 위해 용리 또는 침투화될 수 있다. 상기 방법은 분석 전 시료 정제 단계를 없애지만, 그 한계는 분석이 광학적 검출을 기초로 한다는 것이며, 이는 본 방법을 적절한 흡광도 또는 형광 성질을 갖는 광학적 기질이 분석될 효소에 대하여 사용가능할 경우에만 적용가능하게 만든다는 것이다.The elimination of sample component purification in the analytical method is described in US 5914245. In this method, microcolonies of cells on the bottom were optically tracked over time for changes in the optically detectable signal. Contacting the cell with an optical signal substrate generates an optically detectable signal from which an optically detectable signal is produced via an enzymatic reaction. Tracking of optically detectable signals over time makes it possible to characterize the activity of enzymes produced by the microcolonies. In this method, cells can be eluted or infiltrated to expose the optical signal substrate to the cell contents. The method eliminates sample purification steps prior to analysis, but the limitation is that the assay is based on optical detection, which is applicable only if an optical substrate having the appropriate absorbance or fluorescence properties is available for the enzyme to be analyzed. Is to make it.

US 6472163에서는, US 5914245의 방법이 기재로서 취급이 용이하며 화학적 내성을 갖는 다양한 종류의 미세다공성 막의 사용을 통해 개량된다. 추가의 개선은 보다 나은 온도 제어, 더욱 조밀한 조명 시스템, 및 직접 및 간접 분석 또는 짝을 이룬 분석을 위한 다양한 지시약의 사용을 포함한다. 모든 분석이 흡광도 또는 형광 기술에 의해 추적된다는 한계가 여전히 남는다.In US Pat. No. 6,472,163, the method of US Pat. No. 5,914,245 is improved through the use of various types of microporous membranes which are easy to handle and have chemical resistance as substrates. Further improvements include better temperature control, more compact illumination systems, and the use of various indicators for direct and indirect or paired analysis. The limitation remains that all assays are tracked by absorbance or fluorescence techniques.

고-밀도 어레이 시료 형태에서 이동-시간 2차적 이온 질량 분석(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS)을 사용하는 유기 분자의 검출이 브라운 등(Anal. Chem. (1999) 71: 3318-3324)에 의해 기재되었다. 이 방법에서는 시료가 실리콘 나노바이얼 내에 주입되고, 이는 x 10-2 내지 1 x 10-4 몰 농도의 화합물을 갖는 펨토리터 내지 피코리터의 분석을 제공하므로 분자의 아토몰 내지 펨토몰 량의 검출을 가능하게 한다. 상기 접근은 맵핑(mapping)의 유일한 수단이 주요 이온 빔의 래스터링(rastering)에 의한 것일 경우에 요구되며, 이는 시야를 1000 x 1000 μm2로 제한한다. 따라서 ToF-SIMS 검출의 극히 민감한 용량이 고 처리량 소형화된 분석 시스템에 적용되었지만, 순수한 화합물을 함유하는 용액만이 분석되었다. 따라서 기재된 바와 같은 상기 분석 시스템은 분석 전 쳄버의 어레이 내에 펨토리터의 이동을 필요로 하는 단순한 용액에 적용 가능하다. 미생물 생성물의 분석으로 확장하는 것은 배양 시간 및 다수의 복잡한 및/또는 여과된 용액을 어레이로 이동시키기 위해 상당한 시료 처리를 여전히 필요로 한다.Detection of organic molecules using Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS) in the form of high-density array samples was described by Brown et al . ( Anal. Chem . (1999) 71: 3318-3324). In this method, a sample is injected into a silicon nanovial, which provides for the analysis of femtotor to picoliters having compounds in concentrations of x 10 -2 to 1 x 10 -4 molar, thus preventing the detection of the atomole to femtomol amounts of molecules. Make it possible. This approach is required if the only means of mapping is by rastering the main ion beam, which limits the field of view to 1000 x 1000 μm 2 . Thus, while an extremely sensitive dose of ToF-SIMS detection was applied to a high throughput miniaturized assay system, only solutions containing pure compounds were analyzed. Thus the assay system as described is applicable to simple solutions that require the movement of femtor in an array of chambers before analysis. Expanding to the analysis of microbial products still requires significant sample processing to move incubation time and many complex and / or filtered solutions into the array.

ToF-SIMS 분석 기술은 다양한 종류의 생물학적 시료의 분석에서 이미 사용되어 왔고, 그 모두는 시료를 ToF-SIMS 기기에 넣기 전에 요구되는 시료 준비 과정을 갖는다. ToF-SIMS에 의해 분석된 생물학적 시료의 종류는 정제된 단백질로부터 제조된 펩티드(Jabs and Assmann; Journal of Chromatography (1987) 414(2): 323-333), 금속 표면에 결합되는 단백질 또는 기타 세포 성분 (Michel 등, Langmuir (2002) 18(8): 3281-3287; Sjoevall 등, Analytical Chemistry (2003) 75(14): 3429-3434), 동결-건조된 제조물에서 미생물 세포 벽 (Tyler 등, Proceedings of the International Conference on Secondary Ion Mass Spectrometry, 12th, (2000) pp 943-946, Editors: Benninghoven, Alfred. Publisher: Elsevier Science B.V., Amsterdam, Neth.), 동결-균열에 따른 모델 인지질 막 (Cannon 등, Journal of the American Chemical Society (2000), 122(4): 603-610), 동결-균열된 및 동결-수화된 리포좀 및 적혈구 (Pacholski 등, Rapid Communications in Mass Spectrometry (1998), 12(18: 1232-1235), 동결-균열된 및 동결 수화된 짚신벌레(paramecium) (Colliyer 등, Analytical Chemistry (1997), 69(13): 2225-2231), 및 절단된 세포에서 방사능 동위원소 표지된 화합물(Glassgen 등, Pesticide Biochemistry and Physiology (1999), 63(2): 97-113)을 포함한다.ToF-SIMS analytical techniques have already been used in the analysis of various types of biological samples, all of which have the required sample preparation procedures before placing the sample into the ToF-SIMS instrument. The types of biological samples analyzed by ToF-SIMS include peptides prepared from purified proteins (Jabs and Assmann; Journal of Chromatography (1987) 414 (2): 323-333), proteins or other cellular components that bind to metal surfaces. (Michel et al., Langmuir (2002) 18 (8): 3281-3287; Sjoevall et al., Analytical Chemistry (2003) 75 (14): 3429-3434), microbial cell walls in freeze-dried preparations (Tyler et al., Proceedings of the International Conference on Secondary Ion Mass Spectrometry , 12th, (2000) pp 943-946, Editors: Benninghoven, Alfred.Publisher: Elsevier Science BV, Amsterdam, Neth.), Model Phospholipid Membrane Following Freeze-Crack (Cannon et al., Journal of the American Chemical Society (2000), 122 (4): 603-610), freeze-cracked and freeze-hydrated liposomes and red blood cells (Pacholski et al., Rapid Communications in Mass Spectrometry (1998), 12 (18: 1232- 1235), freeze-cracked and frozen hydrated paramecium (Colliyer et al., Analytical Chemistry (1997), 69 (13): 22 25-2231), and radioisotope labeled compounds (Glassgen et al., Pesticide Biochemistry and Physiology (1999), 63 (2): 97-113) in cleaved cells.

위에 기재된 모든 방법론 및 생물학적 시료 형태는 시료 취급 및/또는 검출 과정으로 인하여 희귀한, 바람직한 시료를 동정하기 위해 많은 수의 시료를 분석하기 위해서는 제한을 갖는다. 따라서, 해결되어야 할 문제는 시료 처리 및 준비 없이, 흡광도 및 형광 기술에 대한 제한이 없이 개별적인 유기체의 직접 분석을 가능하게 할 방법론을 개발하는 것이다.All methodologies and biological sample forms described above have limitations in analyzing a large number of samples to identify rare, preferred samples due to sample handling and / or detection procedures. The problem to be solved, therefore, is to develop a methodology that will enable the direct analysis of individual organisms without sample processing and preparation and without limitations on absorbance and fluorescence techniques.

본 출원인은 처리되지 않은 미생물의 분석에 이동-시간 2차적 이온 질량 분석법(ToF-SIMS)을 적용하는 신속하고도 효과적인 방법을 개발함으로써 상기 언급된 문제를 해결하였다. 상기 방법을 이용하여, ToF-SIMS 기기 내에 도입될 때 처리되지 않은 채로인 유기체의 생물학적 생성물을 표면 분석에 의해 분석하여 개별적인 유기체의 특징화를 가능하게 한다. 개체는 성장하거나, 어레이를 형성하도록 막의 표면으로 전이된다. 또한, 처리되지 않은 유기체의 어레이는 그 자리에서 가공되어 ToF-SIMS 기기 내로 직접 도입된다. 상기 방법의 사용은 상이한 세포 내용물을 갖는 개체들이 확인되도록 미생물의 혼합된 개체군의 어레이를 신속히 분석할 수 있게 한다. 따라서 상기 방법은 관심있는 개체를 동정하기 위해 대규모의 생물학적 컬렉션을 분석하는 사용가능한 방법에 비하여 실질적인 진보를 제공한다. Applicants solved the above-mentioned problems by developing a fast and effective method of applying travel-time secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) to the analysis of untreated microorganisms. Using this method, the biological product of an organism that remains untreated when introduced into a ToF-SIMS instrument is analyzed by surface analysis to enable the characterization of individual organisms. The individual grows or transitions to the surface of the membrane to form an array. In addition, the array of unprocessed organisms is processed in situ and introduced directly into the ToF-SIMS device. The use of this method allows for rapid analysis of an array of mixed populations of microorganisms so that individuals with different cell contents are identified. The method thus provides a substantial advance over the available methods of analyzing large biological collections to identify individuals of interest.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명은 생물학적 유기체에서 차이를 검출하기 위해 ToF-SIMS를 사용하는 방법을 제공한다. 하나의 구현예에서, 유기체는 ToF-SIMS 기기에 도입되기 위해 진공 적합성 지지체 상에 구비된다. 두번째 구현예에서 유기체는 상기 진공 적합성 지지체 상에 어레이를 형성하고, 상기 유기체는 ToF-SIMS 기기에 도입될 때 처리되지 않은 그대로이다. 세번째 구현예에서는, 1차 배지에서 성장한 유기체의 어레이를 2차 배지와 접촉시켜 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성한다. 네번째 구현예에서는 유기체의 어레이를 물질과 접촉시켜 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성한다. 유기체의 어레이를 맵핑하여 ToF-SIMS 데이터를 어레이 중의 개체와 연관시킨다. 유기체의 어레이를 복제하여 분석된 시료에 연관되는 살아 있는 시료를 제공할 수도 있다. The present invention provides a method of using ToF-SIMS to detect differences in biological organisms. In one embodiment, the organism is provided on a vacuum compatible support for introduction into the ToF-SIMS device. In a second embodiment the organisms form an array on the vacuum compatible support, which organisms remain untreated when introduced into the ToF-SIMS device. In a third embodiment, an array of organisms grown in a primary medium is contacted with a secondary medium to produce a ToF-SIMS detectable product. In a fourth embodiment, an array of organisms is contacted with a substance to produce a ToF-SIMS detectable product. An array of organisms is mapped to associate ToF-SIMS data with individuals in the array. Arrays of organisms may be cloned to provide living samples that are associated with the sample analyzed.

따라서 본 발명은 Therefore, the present invention

a) ToF-SIMS에 의해 검출가능한 생성물을 생성하는 생물학적 유기체로 구성된 콜로니를 진공 적합성 지지체 상에 구비하고;a) comprising a colony of biological organisms producing a product detectable by ToF-SIMS on a vacuum compatible support;

b) 상기 (a)의 콜로니에 대해 ToF-SIMS 분석을 수행하여 데이터를 생성하고;b) performing ToF-SIMS analysis on the colonies of (a) to generate data;

c) 상기 (b)의 데이터를 (a)의 콜로니와 연관시켜 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 제조하는 생물학적 유기체를 동정하는 것을 포함하는, ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 제조하는 생물학적 유기체의 동정 방법을 제공한다.c) associating the data of (b) with the colony of (a) to identify a biological organism that produces a ToF-SIMS detectable product. to provide.

또다른 구현예에서 본 발명은 In another embodiment the invention is

a) 진공 적합성 지지체 상에 2차원의 어레이로 존재하며 적어도 1종의 유기체가 ToF-SIMS에 의해 검출가능한 생성물을 생성하는 생물학적 유기체의 혼합된 개체군을 구비하고;a) a mixed population of biological organisms present in a two-dimensional array on a vacuum compatible support, wherein at least one organism produces a product detectable by ToF-SIMS;

b) 상기 (a)의 유기체 어레이에 대해 ToF-SIMS 분석을 수행하여 데이터를 생성하고;b) performing ToF-SIMS analysis on the organism array of (a) to generate data;

c) 상기 어레이를 맵핑하여 각 유기체에 어레이 상의 독특한 좌위(unique locus)를 부여하고;c) mapping the array to give each organism a unique locus on the array;

d) ToF-SIMS 검출가능한 생성물이 존재하는 어레이 상의 좌위 하나 이상을 동정하고;d) identifying one or more loci on the array in which the ToF-SIMS detectable product is present;

e) 상기 데이터를 (c)의 독특한 유기체 좌위와 연관시켜 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 유기체를 동정하는 것을 포함하는, ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 생물학적 유기체의 동정 방법을 제공한다.e) providing a method of identifying a biological organism producing a ToF-SIMS detectable product, comprising identifying the organism producing the ToF-SIMS detectable product by associating the data with the unique organism locus of (c).

유사하게 본 발명은 Similarly, the present invention

a) 진공 적합성 지지체 상에 2차원의 어레이로 존재하며 적어도 1종의 유기체가 1차 생성물을 생성하는 생물학적 유기체의 혼합된 개체군을 구비하고;a) a mixed population of biological organisms present in a two-dimensional array on a vacuum compatible support, wherein at least one organism produces a primary product;

b) 상기 (a)의 어레이를 소정의 물질과, 상기 1차 생성물이 반응하여 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 조건 하에 접촉시키고;b) contacting the array of (a) with a predetermined material under conditions such that the primary product reacts to produce a ToF-SIMS detectable product;

c) 상기 (a)의 유기체 어레이에 대해 ToF-SIMS 분석을 수행하여 데이터를 생성하고;c) performing ToF-SIMS analysis on the organism array of (a) to generate data;

d) 상기 어레이를 맵핑하여 각 유기체에 어레이 상의 독특한 좌위를 부여하고;d) mapping the array to give each organism a unique locus on the array;

e) ToF-SIMS 검출가능한 생성물이 존재하는 어레이 상의 좌위 하나 이상을 동정하고;e) identifying one or more loci on the array in which the ToF-SIMS detectable product is present;

f) 상기 데이터를 (d)의 독특한 유기체 좌위와 연관시켜 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 유기체를 동정하는 것을 포함하는, ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 생물학적 유기체의 동정 방법을 제공한다.f) providing a method of identifying a biological organism producing a ToF-SIMS detectable product, comprising identifying the organism producing the ToF-SIMS detectable product by associating said data with the unique organism locus of (d).

또다른 구현예에서 본 발명은 In another embodiment the invention is

a) 진공 적합성 지지체 상에 2차원의 어레이로 존재하는 생물학적 유기체의 혼합된 개체군을 구비하고;a) having a mixed population of biological organisms present in a two-dimensional array on a vacuum compatible support;

b) 상기 어레이를 2차 성장 배지로 옮겨, 2차 성장 배지 상의 항온처리된 생물학적 유기체 하나 이상이 ToF-SIMS에 의해 검출가능한 생성물을 생성하게 하고;b) transferring the array to a secondary growth medium such that at least one incubated biological organism on the secondary growth medium produces a product detectable by ToF-SIMS;

c) 상기 (a)의 유기체 어레이에 대해 ToF-SIMS 분석을 수행하여 ToF-SIMS 데이터를 생성하고;c) performing ToF-SIMS analysis on the organism array of (a) to generate ToF-SIMS data;

d) 상기 어레이를 맵핑하여 각 유기체에 어레이 상의 독특한 좌위를 부여하고;d) mapping the array to give each organism a unique locus on the array;

e) ToF-SIMS 검출가능한 생성물이 존재하는 어레이 상의 좌위 하나 이상을 동정하고;e) identifying one or more loci on the array in which the ToF-SIMS detectable product is present;

f) 상기 데이터를 (d)의 독특한 유기체 좌위와 연관시켜 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 유기체를 동정하는 것을 포함하는, ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 생물학적 유기체의 동정 방법을 제공한다.f) providing a method of identifying a biological organism producing a ToF-SIMS detectable product, comprising identifying the organism producing the ToF-SIMS detectable product by associating said data with the unique organism locus of (d).

도 1A, 1B, 1C 및 1D는 백색 X-Gal-공급된 이. 콜라이 콜로니(A,C) 및 청색 X-Gal-공급된 이. 콜라이 콜로니로부터 얻어진 양성(positive) (A, B) 및 음성(negative) (C, D) ToF-SIMS 스펙트럼을 나타낸다.1A, 1B, 1C and 1D show white X-Gal-supplied E. coli. E. coli colonies (A, C) and blue X-Gal-supplied E. coli. Positive (A, B) and negative (C, D) ToF-SIMS spectra obtained from E. coli colonies are shown.

도 2는, 각 콜로니의 시료 단계 좌표에 따라 격자 상에서 사진 찍은, 각 콜로니 데이터 세트의 경우 총 2차적 이온 수율에 대한 인디고 유도체의 ToF-SIMS 양성 분자상 2차적 이온 특성의 강도 비의 그레이스케일(grayscale) 맵을 나타낸다.FIG. 2 shows the grayscale of the intensity ratio of the ToF-SIMS positive molecular secondary ionic character of the Indigo derivative to the total secondary ionic yield for each colony data set, photographed on a lattice according to the sample step coordinates of each colony. grayscale) map.

도 3A 및 3B는 X-Gal-공급된 이. 콜라이 콜로니로부터 조합된 양성 및 음성 ToF-SIMS 데이터에 적용된 주요 성분 분석 및 다변수 곡선 분리의 결과를 보여준다. 계산된 스펙트럼 및 형태의 공간 분포를 A: 일반적 형태; 및 B: 인디고 생성물에 나타낸다. 3A and 3B show X-Gal-supplied E. coli. The results of key component analysis and multivariate curve separation applied to positive and negative ToF-SIMS data combined from E. coli colonies are shown. The spatial distributions of the calculated spectra and shapes include A: general shape; And B: indigo product.

도 4A 및 B는 금 Au1 및 Au3 이온 빔이 사용된 X-Gal 공급된 이. 콜라이 콜로니의 ToF-SIMS 음성 2차적 이온 맵을 나타낸다.4A and B are X-Gal fed E. coli with gold Au 1 and Au 3 ion beams. ToF-SIMS negative secondary ion map of E. coli colonies.

도 5A, B 및 C는 콜로니 어레이의 각 픽셀에서 ToF-SIMS 질량 스펙트럼 데이 터로부터의 특정 피크 강도로부터 생성된 공간 분포 맵을 나타낸다. A: 염소의 분포: B: [포스페이트 + 아미드 / CNO] 2차적 이온의 분포; C: 브롬 및 인디고 분자상 2차적 이온의 분포.5A, B and C show spatial distribution maps generated from specific peak intensities from ToF-SIMS mass spectral data in each pixel of the colony array. A: distribution of chlorine: B: [phosphate + amide / CNO] distribution of secondary ions; C: Distribution of secondary ions on bromine and indigo molecules.

도 6은 6 시간 (A, B) 또는 24 시간(C, D) 후에 물(A, C) 또는 페닐알라닌(B, D)이 공급된 이. 콜라이로부터의 음성 ToF-SIMS 데이터를 나타낸다.Figure 6 shows E. coli fed with water (A, C) or phenylalanine (B, D) after 6 hours (A, B) or 24 hours (C, D). Negative ToF-SIMS data from E. coli is shown.

도 7A, B 및 C는 페탈(petal) 및 pET-24d 이. 콜라이의 혼합물로부터의 11 개 콜로니로부터 얻어진 양성 및 음성 ToF-SIMS 데이터에 적용된 주요 성분 분석 및 다변수 곡선 분리의 결과를 나타낸다. A: 각 콜로니에서 인자 1 및 인자 2의 농도; B: 인자 1, 인자 2와 관련된 계산된 양성 ToF-SIMS 스펙트럼; C: 인자 1, 인자 2와 관련된 계산된 음성 ToF-SIMS 스펙트럼.7A, B and C show petal and pET-24d E. The results of key component analysis and multivariate curve separation applied to positive and negative ToF-SIMS data obtained from 11 colonies from a mixture of E. coli are shown. A: concentration of factor 1 and factor 2 in each colony; B: calculated positive ToF-SIMS spectrum associated with factor 1, factor 2; C: Calculated negative ToF-SIMS spectrum associated with factor 1, factor 2.

도 8은 이. 콜라이 β-갈락토시다아제/MUG 시료의 ToF-SIMS 데이터로부터 생성된 주요 성분 점수 플롯을 나타낸다.8 is this. Principal component score plots generated from ToF-SIMS data of E. coli β-galactosidase / MUG samples are shown.

도 9는 이. 콜라이 β-갈락토시다아제/NPG 시료의 ToF-SIMS 데이터로부터 생성된 주요 성분 점수 플롯을 나타낸다.9 is E. Principal component score plots generated from ToF-SIMS data of E. coli β-galactosidase / NPG samples are shown.

도 10은 이. 콜라이 β-갈락토시다아제 + 반응물 시료로부터의 ToF-SIMS 데이터에 적용된 주요 성분 분석 및 다변수 곡선 분리의 결과를 나타낸다. 데이터 분석으로부터 나타나는 각각의 5 개의 인자에 대한 농도 및 계산된 스펙트럼이 보여진다.10 is this. Results of major component analysis and multivariate curve separation applied to ToF-SIMS data from E. coli β-galactosidase + reactant samples are shown. The concentrations and calculated spectra for each of the five factors appearing from the data analysis are shown.

도 11A-D는 콜로니 어레이의 각 픽셀에서 ToF-SIMS 질량 스펙트럼 데이터로부터의 특정 피크 강도로부터 생성된 공간 분포 맵을 나타낸다. 세 개의 패널이 두 개의 상이한 콜로니 형(Q, Q + 4)의 혼합물로부터의 포스페이트 맵(11 A), (m/z 279)/(m/z 281) 비의 맵(11B), 및 (m/z 281)/(m/z 279)비의 맵 (11C)의 비교를 나타낸다. 도 11D는 도 11A의 맵 위에 "A" 및 "B"로 표시된 두 개의 상이한 콜로니 형(Q, Q + 4)을 구성하는 픽셀로부터의 음성 2차적 이온 스펙트럼을 나타낸다.11A-D show spatial distribution maps generated from specific peak intensities from ToF-SIMS mass spectral data in each pixel of a colony array. Three panels consist of a phosphate map 11 A, a m / z 279 / m / z 281 ratio map 11B from a mixture of two different colony types (Q, Q + 4), and (m The comparison of the map 11C with the / z 281) / (m / z 279) ratio is shown. FIG. 11D shows the negative secondary ion spectra from the pixels that make up two different colony types (Q, Q + 4) labeled "A" and "B" on the map of FIG. 11A.

도 12는 야로위야(Yarrowia) 콜로니로부터의 ToF-SIMS 데이터 분석으로부터 주요 성분 1 및 주요 성분 2의 맵 위치 및 스펙트럼을 나타낸다. 12 shows map locations and spectra of Principal Component 1 and Principal Component 2 from ToF-SIMS data analysis from Yarrowia colonies.

도 13은 음성 ToF-SIMS 데이터를 나타낸다: 수포르(Supor(등록상표))에서 성장된 Q + 4 콜로니 및 비누화 과정 수행 후 수포르(등록상표) 상의 Q + 4 콜로니.Figure 13 shows negative ToF-SIMS data: Q + 4 colonies grown in Supor® and Q + 4 colonies on Sufor® after performing the saponification process.

다음 서열은 37 C.F.R. 1.821-1.825("Requirements for Patent Applications Containing Nucleotide Sequences and/or Amino Acid Sequence Disclosures - the Sequence Rules")와 일치하며 국제 지적 재산권 기구(WIPO) 표준 ST.25 (1998) 및 EPO 및 PCT(규칙 5.2 및 49.5 (a-bis), 및 상기 행정 지침의 208 절 및 첨부 C)의 서열 목록 요건에 부합된다. 뉴클레오티드 및 아미노산 서열 데이터를 위해 사용된 기호 및 형식은 37 C.F.R. §1.822에 기재된 규정에 부합된다.The next sequence is 37 C.F.R. 1.821-1.825 ("Requirements for Patent Applications Containing Nucleotide Sequences and / or Amino Acid Sequence Disclosures-the Sequence Rules"), and comply with the International Intellectual Property Organization (WIPO) Standard ST.25 (1998) and EPO and PCT (Rule 5.2 and 49.5 (a-bis), and the sequence listing requirements in section 208 of the Administrative Guidance and Annex C). The symbols and formats used for nucleotide and amino acid sequence data are 37 C.F.R. Complies with the provisions of Sec. 1.822.

서열 1은 네 개의 유전자(Mortierella alpina 고 친화성 PUFA 연장효소, M. alpina Δ5 탈포화효소, Saprolegnia diclina Δ17 탈포화효소 및 M. alpina Δ6 탈포화효소)의 발현을 위한 Q + 4 야로위야 리포리티카 균주의 10.3 kb DNA 단편을 나타낸다.SEQ ID NO: 1 shows a Q + 4 Yarrowy liposome for the expression of four genes: Mortierella alpina high affinity PUFA elongase , M. alpina Δ5 desaturase, Saprolegnia diclina Δ17 desaturase and M. alpina Δ6 desaturase. 10.3 kb DNA fragment of the tikka strain.

본 발명은, 분석되는 세포가 전처리를 필요로 하지 않으며 ToF-SIMS 기기 내에 도입될 때 처리되지 않은 상태인, ToF-SIMS 데이터 수집 및 분석을 이용하는 미생물의 내용물을 분석하기 위한 방법을 기재한다. 또한 본 발명은, 직접 ToF-SIMS 기기로 전이되는 진공 적합성 막 위에서 성장한 미생물 콜로니의 ToF-SIMS 분석을 기재한다. 콜로니는 막 위에서 어레이로 존재하고 ToF-SIMS 데이터의 하나의 국면이 콜로니의 어레이를 맵핑하는 데 사용된다. ToF-SIMS 데이터의 또다른 국면은 막 위의 어레이 중 콜로니들 사이에 세포의 내용물 차이를 확인하기 위해 사용된다. 그 때 콜로니 어레이를 미리 복제하는 것이 바람직한 또는 구별되는 세포 내용물을 갖는 개체의 콜로니를 구하는 것을 가능케 한다. 상기 방법에 의해 생물학적 시료 또는 수거물에 존재하는 콜로니, 및 돌연변이 또는 유전자-발현 라이브러리와 같은 다수의 개체 콜로니가 신속히 분석될 수 있다. 청구범위 및 명세서의 설명을 위해 다음 정의가 사용될 수 있다.The present invention describes a method for analyzing the contents of a microorganism using ToF-SIMS data collection and analysis, wherein the cells to be analyzed do not require pretreatment and are untreated when introduced into a ToF-SIMS instrument. The present invention also describes ToF-SIMS analysis of microbial colonies grown on vacuum compatible membranes that are directly transferred to ToF-SIMS instruments. Colonies exist as arrays on the membrane and one aspect of ToF-SIMS data is used to map an array of colonies. Another aspect of ToF-SIMS data is used to identify cell content differences between colonies in arrays on membranes. It is then possible to obtain a colony of an individual with desired or distinguished cell contents, in which replicating the colony array in advance. By this method a large number of individual colonies, such as colonies present in biological samples or harvests, and mutant or gene-expression libraries can be analyzed quickly. The following definitions may be used to describe the claims and the specification.

"이동-시간 2차적 이온 질량 분석"은 ToF-SIMS로 약칭된다."Move-time secondary ion mass spectrometry" is abbreviated as ToF-SIMS.

"ToF-SIMS 검출가능한 생성물"이라는 용어는 이동-시간 2차적 이온 질량 분석 검출 방법에 의해 검출될 수 있는 임의의 화합물 또는 물질을 의미한다. ToF-SIMS 검출가능한 생성물은 제공된 반응물로부터 유래되거나 세포 내에 존재하는 반응물로부터 생성되는 공지의 특정 화합물일 수 있다. 뿐만 아니라 ToF-SIMS 검출가능한 생성물은 정의되지는 않지만 비교되는 시료들 간에 ToF-SIMS 데이터에서 차이를 유발하는 것일 수 있다. The term "ToF-SIMS detectable product" means any compound or substance that can be detected by a transit-time secondary ion mass spectrometry detection method. The ToF-SIMS detectable product may be a specific known compound derived from a reactant provided or from a reactant present in a cell. In addition, the ToF-SIMS detectable product may be one which, although not defined, causes a difference in ToF-SIMS data between the samples being compared.

"ToF-SIMS 분석"은 시료로부터 데이터를 수집하기 위해 ToF-SIMS 기기에 의해 적용되는 방법을 의미한다."ToF-SIMS analysis" means a method applied by a ToF-SIMS device to collect data from a sample.

"ToF-SIMS 분석"은 ToF-SIMS 기기로부터 데이터의 수집, 뿐만 아니라 상기 데이터를 처리하여 분석되는 시료를 특징화하는 정보를 생성하는 것을 포함한다. ToF-SIMS 분석은 주요 성분 분석(PCA) 및 다변수 곡선 분리(MCR)를 포함할 수 있다. "ToF-SIMS analysis" includes the collection of data from a ToF-SIMS device as well as processing the data to generate information characterizing the sample being analyzed. ToF-SIMS analysis can include principal component analysis (PCA) and multivariate curve separation (MCR).

"혼합된 개체군" 또는 "세포의 혼합된 개체군"은 개체들의 여러 종류를 포함하는 생물학적 세포의 개체군이다. 개체들은 세포 내용물의 차이로 인하여 상이한 종류의 것이다. 혼합된 개체군은 유기체의 여러 균주, 돌연변이 개체군 또는 개체들 간에 차이가 있는 기타 개체군을 포함할 수 있다.A "mixed population" or "mixed population of cells" is a population of biological cells, including several kinds of individuals. Individuals are of a different kind due to differences in cell contents. Mixed populations may include various strains of organisms, mutant populations, or other populations that differ between individuals.

기판 상의 생물학적 유기체의 방향에 관해 사용될 경우 "어레이"라는 용어는 유기체의 공간적 배향이 유지되는 유기체의 2차원적 분포를 의미한다.The term "array" when used with respect to the orientation of a biological organism on a substrate refers to a two-dimensional distribution of the organism in which the spatial orientation of the organism is maintained.

"래스터"한다는 것은 시료의 면적에 걸친 픽셀 어레이에 대하여 ToF-SIMS 기기의 주요 이온 빔을 조종하거나, 시료의 면적에 걸친 픽셀 어레이에 따라 (고정) 주요 이온 빔 하에 시료를 움직이는 것을 의미한다. By "raster" is meant to manipulate the main ion beam of the ToF-SIMS instrument with respect to the pixel array over the area of the sample, or to move the sample under the (fixed) main ion beam according to the pixel array over the area of the sample.

"진공 적합성 지지체"라는 용어는 손상되지 않고 매우 낮은 기압을 견딜 수 있는 물질로 구성된 표면 또는 막을 의미한다. 뿐만 아니라 진공 적합성 지지체는 생물학적 유기체의 어레이가 유기체의 공간적 일체성이 유지되도록 하는 방식으로 놓여질 수 있는 막이어야 한다. 적합한 재료는 종이 재료, 및 나일론, 니트로셀룰로오스, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 및 규소/실리카 및 유리질 탄소와 같은 중합체성 물질을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.The term "vacuum compatible support" means a surface or membrane composed of a material that is intact and capable of withstanding very low air pressures. In addition, the vacuum compatible support must be a membrane that can be placed in such a way that the array of biological organisms is maintained in the spatial integrity of the organism. Suitable materials include, but are not limited to, paper materials and polymeric materials such as nylon, nitrocellulose, polyethersulfones, polysulfones, polycarbonates, polystyrenes and silicon / silica and glassy carbon.

ToF-SIMS 데이터의 "국면(aspect)"은 그 자체로서 분석되는 시료를 특징화하기 위해 사용될 수 있는 일련의 정보를 제공하는 전체 ToF-SIMS 데이터의 부분이다.The "aspect" of the ToF-SIMS data is itself part of the overall ToF-SIMS data providing a set of information that can be used to characterize the sample being analyzed.

"어레이를 맵핑"한다는 것은 어레이의 각 개체에 정의된 위치를 부여하는 것을 의미한다. 좌위라고도 불리는 정의된 위치가 그림으로 나타내어질 수 있다. ToF-SIMS 데이터는 각각의 좌위와 관련될 수 있으므로, 맵핑된 어레이 중 각 개체와도 관련될 수 있다. "Mapping an array" means giving each object in the array a defined position. Defined locations, also called loci, can be illustrated. ToF-SIMS data can be associated with each locus, so can also be associated with each individual in the mapped array.

"화학측정 방법"은 화학적 시스템 상에 수행된 측정을 시스템의 상태와 관련시키기 위해 사용되는 수학적 또는 통계적 방법을 의미한다. 화학측정 방법은 데이터가 그로부터 수집된 시료의 특징화를 가능하게 하기 위해 복잡한 여러 세트의 데이터를 풀기 위해 사용된다. 화학측정 방법의 예로서 주요 성분 분석(PCA) 및 다변수 곡선 분리(MCR)를 들 수 있다. "Chemometric method" means a mathematical or statistical method used to correlate a measurement performed on a chemical system with the state of the system. Chemical measurement methods are used to solve complex sets of data in order to enable the characterization of the sample from which the data is collected. Examples of chemical measurement methods include principal component analysis (PCA) and multivariate curve separation (MCR).

"주요 생성물"은 그 자체가 변형될 수 있거나 반응물을 ToF-SIMS 검출가능한 생성물로 변형시킬 수 있는 물질이다. 주요 생성물은 산 또는 염기 가수분해에 의한 세포 성분의 변형과 같이, 또다른 물질과 접촉시킴으로써 변형될 수 있다. 효소인 주요 생성물은 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하기 위해 반응물 상에 작용할 수 있다. A "major product" is a substance that can itself be modified or that can transform a reactant into a ToF-SIMS detectable product. The main product can be modified by contact with another substance, such as modification of cellular components by acid or base hydrolysis. The main product, which is an enzyme, can act on the reactants to produce a ToF-SIMS detectable product.

"지방산"이라는 용어는 약 C12 내지 C22 (비록 더 길거나 짧은 사슬-길이를 갖는 산들도 공지되어 있지만)의 다양한 사슬 길이를 갖는 장쇄 지방산(알칸산)을 의미한다. 주요 사슬 길이는 C16 내지 C22 사이이다. 지방산의 구조는 "X:Y" (X는 C 원자의 총 수이고 Y는 이중 결합의 수임)의 간단한 표시 체계에 의해 나타낸다. The term "fatty acid" means a long chain fatty acid (alkanoic acid) having a variable chain length of about C 12 to C 22 (although acids with longer or shorter chain-lengths are also known). Main chain length is between C 16 and C 22 . The structure of a fatty acid is represented by a simple representation system of "X: Y" (X is the total number of C atoms and Y is the number of double bonds).

"키메라 유전자(chimeric gene)"라는 용어는 1) 자연에서 함께 발견되지 않는 조절용 및 코딩 서열을 포함하는 DNA 서열; 2) 자연적으로 인접되지 않은 단백질의 부분을 인코딩하는 서열; 또는 3) 자연적으로 인접되지 않은 프로모터의 부분을 함유하는 임의의 유전자를 의미한다. 따라서, 키메라 유전자는 상이한 원천에서 유래되는 조절용 서열 및 코딩 서열을 포함하거나, 같은 원천에서 유래되나 자연에서 발견되는 것과는 상이한 방식으로 배열된 조절용 서열 및 코딩 서열을 포함할 수 있다. "형질전환"은 외래 유전자(들)이 숙주 유기체의 게놈 내에 전이됨을 의미한다. The term "chimeric gene" refers to 1) a DNA sequence comprising regulatory and coding sequences that are not found together in nature; 2) sequences encoding portions of a protein that are not naturally contiguous; Or 3) any gene containing portions of a promoter that are not naturally contiguous. Thus, the chimeric gene may comprise regulatory sequences and coding sequences derived from different sources or may comprise regulatory sequences and coding sequences derived from the same source but arranged in a different manner than those found in nature. "Transformation" means that the foreign gene (s) are transferred within the genome of the host organism.

"프로모터"는 RNA 폴리머라아제 및 적절한 전사를 위해 필요한 기타 인자들을 인식함으로써 코딩 서열의 발현을 제어하는, 통상적으로 코딩 서열의 상류(5')에 있는 뉴클레오티드 서열을 의미한다. "프로모터"는 TATA-박스 및 전사 개시 부위를 특정하도록 작용하는 기타 서열로 구성된 짧은 DNA 서열인 최소의 프로모터를 포함하며, 거기에 발현을 조절하기 위해 조절 인자가 첨가된다. "프로모터"는 또한 최소의 프로모터 및 mRNA 또는 기능성 RNA의 발현을 조절할 수 있는 조절 인자를 포함하는 뉴클레오티드 서열을 의미한다."Promoter" means a nucleotide sequence, typically upstream (5 ') of the coding sequence, which controls the expression of the coding sequence by recognizing RNA polymerase and other factors necessary for proper transcription. A "promoter" includes a minimal promoter, a short DNA sequence consisting of a TATA-box and other sequences that act to specify transcription initiation sites, with regulatory factors added to control expression. "Promoter" also refers to a nucleotide sequence comprising a minimal promoter and regulatory factors capable of regulating the expression of mRNA or functional RNA.

"전사 종료자"는 코딩 서열의 하류에 위치하는 3' 비-코딩 조절 서열을 의미한다. 이는 폴리아데닐화 인식 서열 및 mRNA 처리 또는 유전자 발현에 영향을 줄 수 있는 조절 신호를 인코딩하는 기타 서열을 포함한다. 상기 폴리아데닐화 신호는 통상적으로 mRNA 전구체의 3' 말단까지 폴리아데닐산 경로의 부가에 영향을 주는 것을 특징으로 한다. 3' 영역은 전사, RNA 처리 또는 안정성, 또는 관련된 코딩 서열의 번역(예를 들면, 목표 유전자 등에 대하여)에 영향을 줄 수 있다. "Transfer terminator" means a 3 'non-coding regulatory sequence located downstream of a coding sequence. It includes polyadenylation recognition sequences and other sequences that encode regulatory signals that can affect mRNA processing or gene expression. The polyadenylation signal is typically characterized by affecting the addition of the polyadenylic acid pathway to the 3 'end of the mRNA precursor. The 3 ′ region may affect transcription, RNA processing or stability, or translation of related coding sequences (eg, for target genes, etc.).

여기에서 사용된 표준의 재조합 DNA 및 분자 클로닝 기술은 당 분야에 공지되어 있으며 문헌[Sambrook, J., Fritsch, E. F. and Maniatis, T., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY (1989) (이후 "Maniatis"라 함); 및 Silhavy, T. J., Bennan, M. L. 및 Enquist, L. W., Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory Cold Press Spring Harbor, NY (1984); 및 Ausubel, F. M. 등, Current Protocols in Molecular Biology, published by Greene Publishing Assoc. and Wiley-Interscience (1987)]에 기재되어 있다.Standard recombinant DNA and molecular cloning techniques used herein are known in the art and described in Sambrook, J., Fritsch, EF and Maniatis, T., Molecular Cloning: A Laboratory Manual , Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press Cold Spring Harbor, NY (1989) (hereinafter referred to as "Maniatis"); And Silhavy, TJ, Bennan, ML and Enquist, LW, Experiments with Gene Fusions , Cold Spring Harbor Laboratory Cold Press Spring Harbor, NY (1984); And Ausubel, FM et al., Current Protocols in Molecular Biology , published by Greene Publishing Assoc. and Wiley-Interscience (1987).

이동-시간 2차적 이온 질량 분석(ToF-SIMS)Travel-Time Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS)

ToF-SIMS 과정에서는, 고-에너지(8-25 kV), 저-전류(나노암페어 DC, 피코암페어 펄스를 가진)의, 펄스를 가진 주요 이온 빔이 재료의 표면을 가격한다. 양의 전하 및 음의 전하를 가진 2차적 이온이 맨 위의 단일층(10-20 Å)으로부터 생성된다. 상기 2차적 이온들이 질량 분석기에 의해 분석되고 검출된다. 질량 스펙트럼은 표면 조성물 및 구조에 대한 정보를 산출한다. 본 발명은 ToF-SIMS 기기에 놓여질 때 처리되지 않은 상태인 세포에 대한 상기 표면 가격 분석의 첫번째 응용이다. In the ToF-SIMS process, a high-energy (8-25 kV), low-current (nanoamp DC, with picoamp pulse) pulsed ion beam hits the surface of the material. Secondary ions with positive and negative charges are produced from the top monolayer (10-20 μs). The secondary ions are analyzed and detected by a mass spectrometer. Mass spectra yield information about surface compositions and structures. The present invention is the first application of the surface price analysis for cells that are untreated when placed in a ToF-SIMS instrument.

"정적인" SIMS 체제에서, 낮은 주요 이온 빔 전류 및 랜덤의 빔 래스터는 획득 시간에 걸쳐 손상되지 않은 표면이 견본으로 채취되는 것을 보장한다. 이는 주요 이온 빔이 표면으로부터 재료를 스퍼터/제거하기 위해 사용되고 데이터가 깊이의 함수로서 획득되는 "동적" SIMS와는 대조적이다. 정적인 SIMS에서는 고-질량 분자의 2차적 이온이 검출될 수 있지만, 동적 SIMS에서는 분자 정보가 훼손되어 단지 원소 또는 저-질량의 정보만이 수득가능하다. 수득되는 고-질량의 분자 정보가 세포 내 많은 생성물을 확인할 수 있고, 그 차이가 세포를 구별하는 데 사용될 수 있으므로, 정적인 SIMS 체제가 본 발명을 위해 가장 유용하다.In the "static" SIMS regime, the low main ion beam current and random beam raster ensure that the undamaged surface is sampled over the acquisition time. This is in contrast to "dynamic" SIMS, where the main ion beam is used to sputter / remove material from the surface and data is obtained as a function of depth. In static SIMS, secondary ions of high-mass molecules can be detected, but in dynamic SIMS, molecular information is compromised so that only elemental or low-mass information is available. The static SIMS regime is most useful for the present invention because the high-mass molecular information obtained can identify many products in the cell and the difference can be used to distinguish cells.

2차적 이온 분석 및 검출을 위해 사용되어 왔던 질량 분석기의 종류는 4극자 질량 분석기, 자기 섹터 질량 분석기 및 이동-시간 질량 분석기를 포함한다. 4극자 질량 분석기는 질량 범위(일반적으로 2000 m/z 미만) 및 질량 해상도(일반적으로 단위 질량 해상도 주변)에 의해 제한된다. 자기 섹터 질량 분석기는 매우 높은 질량 해상도를 제공하지만, 관심 있는 질량 범위에 대하여 특정의 조절을 필요로 한다. 4극자 및 자기 섹터 분석기 광학기기는 둘 다 질량 범위에 걸쳐 스캔하기 위해 주사되어야 한다. 이동-시간 질량 분석기는 전체 질량 범위가 마이크로초의 시간에 걸쳐 수집되므로, 질량과 무관한 2차적 이온의 보다 높은 투과, 및 질량의 실질적으로 평행한 검출을 제공한다. 이온은 질량에 의존하는 전장-없는 이동 경로를 횡단하는 데 필요한 시간에 의해 분리된다. 이온 빔 손상을 제한하기 위해 분석 시간이 짧아야 하는, 유기 물질의 정적인 SIMS 분석의 경우, 이동-시간 분석기가 선택되는 분석기이다.The types of mass spectrometers that have been used for secondary ion analysis and detection include quadrupole mass spectrometers, magnetic sector mass spectrometers, and travel-time mass spectrometers. Quadrupole mass spectrometers are limited by mass ranges (typically less than 2000 m / z) and mass resolutions (typically around unit mass resolution). Magnetic sector mass spectrometers provide very high mass resolutions, but require specific control over the mass range of interest. Both quadrupole and magnetic sector analyzer optics must be scanned to scan over the mass range. Travel-time mass spectrometers provide higher permeation of mass-independent secondary ions and substantially parallel detection of mass since the entire mass range is collected over a microsecond time. Ions are separated by the time needed to traverse the field-free path of travel that depends on mass. For static SIMS analysis of organic materials, where analysis time must be short to limit ion beam damage, a travel-time analyzer is the analyzer of choice.

이동-시간 원리만을 사용하는 것은 단지 약 500 (m/dm)인 보통의 질량 해상도를 초래한다. 이는 2차적 이온이 상당한 에너지 분포를 가지고 시료로부터 방출되기 때문이다. 현재 두 가지 상이한 이동-시간 분석기 기하학이 에너지 초점의 다양한 방법을 사용하는 SIMS를 위해 사용된다. 이들은 이온 반사기 형 및 삼중-초점 섹터 형으로 알려져 있다. 여기에 포함된 실시예는 이온 반사체 형 ToF-SIMS 기기를 사용하지만, 삼중-초점 섹터 기기도 유사한 결과를 제공할 것으로 기대되며 따라서 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 두 종류의 이동-시간 분석기 모두의 경우, 양의 전하를 갖거나 음의 전하를 가진 2차적 이온을 수집하기 위해 추출기의 극성이 스위치되어야 한다. 따라서 양의 전하를 가진 2차적 이온으로부터의 신호를 의미하는 "양성 ToF-SIMS" 스펙트럼, 및 음의 전하를 가진 2차적 이온으로부터의 신호를 의미하는 "음성 ToF-SIMS" 스펙트럼이 별도의 결과로서 수집된다.Using only the travel-time principle results in a normal mass resolution of only about 500 (m / dm). This is because secondary ions are released from the sample with a significant energy distribution. Currently two different travel-time analyzer geometries are used for SIMS using various methods of energy focus. These are known as ion reflector types and triple-focus sector types. The embodiment included herein uses an ion reflector type ToF-SIMS device, but triple-focus sector devices are expected to provide similar results and thus can be used in the practice of the present invention. For both types of travel-time analyzers, the polarity of the extractor must be switched to collect secondary ions with positive or negative charge. Thus, as separate results, the "positive ToF-SIMS" spectrum meaning the signal from the positively charged secondary ions and the "negative ToF-SIMS" spectrum meaning the signal from the negatively charged secondary ions Is collected.

본 발명에 사용되는 막에서 나타나듯이, 세라믹 또는 중합체와 같은 절연 재료의 ToF-SIMS 분석에서 발생하는 하나의 문제점은 시료에를 전하를 갖게 하는 것이다. 주요 이온 빔은 전형적으로 양의 전하를 가지고, 절연 시료 또한 즉각적으로 양의 전하를 획득할 것이다. 보상되지 않는다면, 이러한 전하는 2차적 이온을 분석기 내로 추출하는 데 영향을 줄 것이다. 전자 분출(flood) 총이 시료 상에 전하 축적을 보상하기 위해 사용된다. As seen in the films used in the present invention, one problem arising in ToF-SIMS analysis of insulating materials such as ceramics or polymers is to charge the sample. The main ion beam typically has a positive charge and the insulating sample will also immediately acquire a positive charge. If not compensated, this charge will affect the extraction of secondary ions into the analyzer. An electron gun is used to compensate for the charge buildup on the sample.

이동-시간 질량 분석기가 사용될 경우, 주요 이온 빔은 출발 시간을 결정하기 위해 펄스화되어야 한다. 절연 시료의 분석을 위한 전형적인 의무적 사이클은 주요 이온 빔 펄스로 시작되며, 그 후 2차적 이온 추출 전압이 켜지는 시간이 따른다. 추출 전압을 끈 후, 분출 총을 켠다. 관심있는 가장 높은 질량의 2차적 이온이 검출기에 도달한 동안의 시간 후 (전형적으로 100-200 마이크로초), 또다른 의무적 사이클이 시작된다. If a travel-time mass spectrometer is used, the main ion beam must be pulsed to determine the departure time. A typical mandatory cycle for the analysis of an insulated sample begins with the main ion beam pulse, followed by the time that the secondary ion extraction voltage turns on. Turn off the extraction voltage, then turn on the ejection gun. After the time during which the highest mass secondary ion of interest reaches the detector (typically 100-200 microseconds), another compulsory cycle begins.

ToF-SIMS를 위해 사용되는 주요 이온 원천은 비활성 기체(아르곤, 크세논), 세슘, 산소, 규소 펜타- 및 헥사-플루오라이드, 및 갈륨, 인듐 및 금과 같은 소위 "액체 금속"을 포함하였다. 주요 이온 빔이 래스터되는 맵핑 실험을 위해, 미크론-이하 크기로 초점 맞추어질 경우에도 상기 이온원의 강도/휘도 때문에 액체 금속 이온원이 요구된다. 향상된 고-질량의 2차적 이온 신호를 갖는 맵핑 능력을 제공하는 금 이온원이 최근에 개발되었는데, 그 이유는 상기 신호가 주요 이온의 질량과 함께 증가하기 때문이다. 상기 이온원으로 Au-1, Au-2 및 Au-3가 수득가능하다. 신규의 다원자 주요 이온원을 포함하는 새로운 주요 이온원이 계속 개발되고 있다. 임의의 사용가능한 이온원이 본 발명에 적용가능하지만 세슘, 갈륨 또는 Au-1을 주요 이온원으로 사용하는 이온원이 바람직하다. The main ion sources used for ToF-SIMS included inert gases (argon, xenon), cesium, oxygen, silicon penta- and hexa-fluoride, and so-called "liquid metals" such as gallium, indium and gold. For mapping experiments where the main ion beam is rasterized, a liquid metal ion source is required because of the strength / luminance of the ion source even when focused to sub-micron size. Gold ion sources have recently been developed that provide a mapping capability with an improved high-mass secondary ion signal because the signal increases with the mass of the main ion. Au-1, Au-2 and Au-3 can be obtained as the ion source. New major ion sources, including new multi-atom major ion sources, continue to be developed. Although any usable ion source is applicable to the present invention, an ion source using cesium, gallium or Au-1 as the main ion source is preferred.

ToF-SIMS는 반-정량적 기술이다. 이온화 및 탈착의 물리적 현상이 본 발명에서 짝지워지므로, 2차적 이온의 수율은 화학적 환경 또는 소위 "매트릭스 효과"에 의존한다. 그러나, 반-정량적인 또는 상대적인 정보("더 많은" 대 "더 적은" 또는 측정된/최종-사용 성질에 관련된)가 피크 면적 비의 사용을 통해 일련의 관련된 시료로부터 가능하다. 관심있는 피크 하의 면적(예, 공지된 첨가제 또는 생성물의 분자상 2차적 이온)을, 기준으로 작용하도록 선택된 피크 하에서의 면적에 대한 비율로 나타낸다. 예를 들면, 밀라(Mylar(등록상표))PET 필름 표면 상에 실리콘 오일(silicone oil) 오염의 상대적 측정이 m/z 147 (C3H9SiO-C2H6Si+)에서의 실리콘 오일 피크 면적 대 일련의 밀라*PET 시료로부터 m/z 104 (C6H4CO+)에서의 PET 피크 면적에 대한 비를 비교함으로써 수득될 수 있다. 명백한 참고 피크가 존재하거나 알려져 있지 않은 경우, 양의 또는 음의 2차적 이온의 총 수율 또는 동일한 것의 상기 스펙트럼을 위한 일부가 기준으로 사용될 수 있다. ToF-SIMS 데이터 내의 비를 상이한 성질을 갖는 시료를 구별하기 위한 기준으로서 이용하는 상기 방법은 당업자에게 공지되어 있으며, 인디고 분자 이온 면적의 양의 2차적 이온 총 수율에 대한 비가 분석되는 다수의 콜로니에 걸쳐 인디고 생성의 상대적 척도로서 사용되는 실시예 2에 나타낸 바와 같이 본 발명을 실시하는 데 유용하다. ToF-SIMS is a semi-quantitative technique. Since the physical phenomena of ionization and desorption are paired in the present invention, the yield of secondary ions depends on the chemical environment or the so-called "matrix effect". However, semi-quantitative or relative information (“more” to “less” or related to the measured / final-use properties) is available from a series of related samples through the use of peak area ratios. The area under the peak of interest (eg, molecular secondary ions of known additives or products) is expressed as the ratio to the area under the peak selected to serve as a reference. For example, the relative measurement of silicon oil contamination on the Mylar® PET film surface was determined by the peak area of the silicone oil at m / z 147 (C3H9SiO-C2H6Si +) versus a series of Mila * PET samples. Can be obtained by comparing the ratio to the PET peak area at m / z 104 (C6H4CO +). If an apparent reference peak is present or unknown, some can be used as reference for the total yield of positive or negative secondary ions or for the same spectrum of the same. Such methods using the ratios in the ToF-SIMS data as a criterion for distinguishing samples with different properties are known to those skilled in the art and span a large number of colonies where the ratio of the secondary ion total yield of the amount of indigo molecular ion area is analyzed. It is useful in practicing the present invention as shown in Example 2 which is used as a relative measure of indigo production.

ToF-SIMS 데이터는 화학측정을 이용하여 더 잘 평가될 수 있다. 문헌[B.M. Wise 및 N.B. Gallagher, PLSToolbox reference manual (PLS_Toolbox Version 2.0, copyright 1998, Eigenvector Research, Inc., Manson, WA, page 31)]에 의해 정의된 바와 같이 "화학측정은 수학적 또는 통계학적 방법의 응용을 통하여 화학적 계에 대해 수행된 측정을 계의 상태에 연관시키는 과학이다". ToF-SIMS 데이터는 다변수이다; "다변수"는 시료 당 다수의 변수의 측정으로 구성되는 데이터를 의미한다. ToF-SIMS 맵핑 데이터의 경우, 각각의 질량 채널은 변수로 간주될 수 있고, 상기 다수의 변수의 각각에 대한 강도가 맵핑 어레이의 각 픽셀에 대하여 수집된다. ToF-SIMS의 다변수 성질의 또다른 의미는 전체 양의 또는 음의 ToF-SIMS 스펙트럼을 구성하는 상이한 화학종으로부터 복수의 스펙트럼 패턴이 존재하는 것이다.ToF-SIMS data can be better evaluated using chemical measurements. See B.M. Wise and N.B. As defined by Gallagher, PLSToolbox reference manual (PLS_Toolbox Version 2.0, copyright 1998, Eigenvector Research, Inc., Manson, WA, page 31)], "Chemical measurements can be applied to chemical systems through the application of mathematical or statistical methods. It is the science that relates the measurements performed to the state of the system. " ToF-SIMS data is multivariate; "Multivariate" means data consisting of measurements of multiple variables per sample. In the case of ToF-SIMS mapping data, each mass channel can be considered a variable, and the intensity for each of the plurality of variables is collected for each pixel of the mapping array. Another meaning of the multivariate nature of ToF-SIMS is the presence of multiple spectral patterns from different species that make up the overall positive or negative ToF-SIMS spectrum.

SIMS 기술에서 고유한 두 인자는 SIMS 데이터의 해석 및 확장에 도움이 되는 주요 성분 분석(PCA) 및 다변수 곡선 분리(MCR)와 같은 당업자에게 공지된 다변수 통계적 기술을 사용한다. 하나의 인자는, GC-MS(기체-크로마토그래피-질량 분석)와 같은 질량 분석을 포함하는 여타 분석 기술과는 달리, 2차적 이온이 질량 분석으로 들어가기 전에 화학종의 분리가 없다는 것이다. 질량 스펙트럼 데이터는 표면 상에 공존하는 모든 화학종으로부터 2차적 이온 패턴의 얽힘이고, 많은 저-질량 탄화수소 피크가 많은 화학종에 일반적이거나 공통이다. 두번째 인자는, 표면의 면적에 걸쳐 주요 이온 빔이 래스터되는 맵핑 실험에서, 집중된 스팟에서 전류의 농도가 전하 및 빔 손상의 보다 높은 발생을 초래한다는 것이다. 최종 결과는 상기 모드에서 획득된 질량 스펙트럼 데이터의 경우 훨씬 더 낮은 신호/노이즈이다.Two factors inherent in the SIMS technique use multivariate statistical techniques known to those skilled in the art, such as principal component analysis (PCA) and multivariate curve separation (MCR), which aid in the interpretation and extension of SIMS data. One factor is that unlike other analytical techniques, including mass spectrometry such as GC-MS (gas-chromatography-mass spectrometry), there is no separation of species before secondary ions enter mass spectrometry. Mass spectral data is a tangle of secondary ion patterns from all species coexisting on the surface, and many low-mass hydrocarbon peaks are common or common to many species. The second factor is that in mapping experiments where the main ion beam is rasterized over the area of the surface, the concentration of current at the concentrated spot results in higher occurrence of charge and beam damage. The final result is a much lower signal / noise for mass spectral data obtained in this mode.

전형적인 맵핑 실험에서, ToF-SIMS 스펙트럼 데이터는 분석 면적에 걸친 256 x 256 픽셀 어레이의 각 픽셀에서 수득된다. 주요 성분 분석은 상기 세트의 65536 스펙트럼을 취하여 데이터에서 변동을 구성하는 것을 먼저 찾기 위해 시도한 다음, 그 데이터를 상기 변동의 계속적으로 더 적은 양을 차지하는 주요 성분으로 재분류한다. 이를 수행함에 있어서, PCA는 유사한 스펙트럼 패턴을 갖는 픽셀들을 주로 한데 모은다. 앞에서 지적하였듯이, 양성 ToF-SIMS 및 음성 ToF-SIMS 맵핑 데이터는 둘 다 별도의 데이터 처리에서 수득될 수 있다. 음성 및 양성 맵핑 데이터는 주요 성분 분석에 의해 별도로 분석되거나, 양성 및 음성 데이터 사이의 픽셀 기록이 수득될 수 있을 경우에는 하나의 조합된 세트의 스펙트럼으로서 분석될 수도 있다. In a typical mapping experiment, ToF-SIMS spectral data is obtained at each pixel of a 256 x 256 pixel array across the analysis area. Principal component analysis takes the 65536 spectra of the set and first attempts to find out what constitutes a variance in the data, and then reclassifies the data into dominant components that continue to account for less of the variance. In doing this, the PCA mainly brings together pixels with similar spectral patterns. As noted above, both positive ToF-SIMS and negative ToF-SIMS mapping data can be obtained in separate data processing. Negative and positive mapping data may be analyzed separately by principal component analysis, or as one combined set of spectra where pixel records between positive and negative data can be obtained.

주요 성분 분석의 결과는 데이터의 전처리에 의존한다. 평균-중심화된(mean-centered) 데이터를 사용하는 것이 당업자의 통상적인 관행이다. 평균-중심화에서, 모든 픽셀에 대한 하나의 특정 질량 채널에서의 강도를 나타내는 각 컬럼에 대한 평균이 그 컬럼의 각 항목으로부터 제하여진다. 또한, 주요 성분 분석을 이용하는 여기에 기재된 모든 실시예의 경우, 일련의 픽셀 스펙트럼(256 x 256 어레이의 경우 65536)이 평균-중심화 이전에 표준화되었다. 이는 실시예에서 나타낸 바와 같이 총 이온 수율 또는 총 이온 수율의 서브세트를 표준화하는 것을 일반적으로 의미한다. The results of key component analysis depend on the preprocessing of the data. It is common practice for those skilled in the art to use mean-centered data. In mean-centering, the mean for each column representing the intensity in one particular mass channel for all pixels is subtracted from each item of that column. In addition, for all the embodiments described herein using principal component analysis, a series of pixel spectra (65536 for a 256 x 256 array) were normalized prior to mean-centering. This generally means normalizing the total ion yield or a subset of the total ion yield as shown in the examples.

다변수 곡선 분리는 많은 원인 인자의 복합인 데이터를 그 개개의 인자로 분리하는 방법이다. PCA의 결과는 MCR을 위한 출발점으로 사용되어 ToF-SIMS 데이터를 특정의 화학종에 관한 정보로 더 감축시킬 수 있다. 당업자는 PLS_툴박스 사용설명서(PLS_Toolbox tutorial)(PLS_Toolbox, Version 2.0, Eigenvector Research, Inc., Manson, WA)에 논의된 바와 같이 상기 기술에 친숙할 것이고 본 발명에서 그들을 사용하도록 실시할 수 있을 것이다.Multivariate curve separation is a method of separating data that is a complex of many causal factors into their individual factors. The results of the PCA can be used as a starting point for the MCR to further reduce the ToF-SIMS data to specific species. Those skilled in the art will be familiar with the techniques as described in the PLS_Toolbox tutorial (PLS_Toolbox, Version 2.0, Eigenvector Research, Inc., Manson, WA) and will be able to implement them for use in the present invention.

ToF-SIMS 검출가능한 생성물ToF-SIMS Detectable Product

ToF-SIMS 기술의 성질은 화학종이 검출되기 위해 부합되어야 하는 몇가지 조건을 필요로한다:The nature of the ToF-SIMS technique requires several conditions that must be met for the species to be detected:

·ToF-SIMS는 초-고진공(< 1 x 10-9 torr 압력)에서 수행된다. 검출되는 화학종은 따라서 진공-적합한 것이어야 한다. ToF-SIMS is performed at ultra-high vacuum (<1 x 10 -9 torr pressure). The species to be detected must therefore be vacuum-compatible.

·관심있는 화합물은 분석되는 시료의 가장 바깥쪽 10-20 Å에서 그 자체가 존재하여야 한다.The compound of interest must be present in itself at the outermost 10-20 mm of the sample being analyzed.

·화합물은, 전체 스펙트럼에 기여하는 다른 모든 화학종들로부터 발생되는 2차적 이온 신호로부터 그를 구별하는 2차적 이온 피크 또는 스펙트럼 패턴을 생성해야 한다.The compound must produce a secondary ion peak or spectral pattern that distinguishes it from the secondary ion signal generated from all other species that contribute to the full spectrum.

이러한 한계 내에서 ToF-SIMS에 의해 검출될 수 있는 다수의 물질이 존재한다. 검출될 수 있는 생물학적 물질은 살아있는 세포의 많은 성분들을 포함한다. 몇 가지 예로서, 지방산, 단백질, 탄수화물 및 유기 산을 들 수 있지만 이에 국한되지는 않는다. 지방산은 본 발명의 방법을 사용하는 검출을 위해 바람직한 화합물이고, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산 또는 스테아르산; 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 디-호모-감마 리놀레산, 아라키돈산, 스테아리돈산, 에이코사테트라엔산, 에이코사펜타엔산, 도코사헥산산, 히드록시 지방산, 퍼옥시 지방산, 분지쇄 지방산 및 인지질 및 인지질 단편, 트리글리세리드 및 트리글리세리드 단편과 같은 치환체 지방산을 함유하는 화합물을 포함할 수 있다. There are a number of substances that can be detected by ToF-SIMS within these limits. Biological substances that can be detected include many components of living cells. Some examples include, but are not limited to, fatty acids, proteins, carbohydrates, and organic acids. Fatty acids are preferred compounds for detection using the methods of the invention and include lauric acid, myristic acid, palmitic acid or stearic acid; Oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, di-homo-gamma linoleic acid, arachidonic acid, stearic acid, eicosaterateic acid, eicosapentaenoic acid, docosahexanoic acid, hydroxy fatty acids, peroxy fatty acids, branched chain fatty acids and phospholipids And compounds containing substituent fatty acids such as phospholipid fragments, triglycerides and triglyceride fragments.

어떤 세포 성분은 그 원래의 상태에서는 쉽게 ToF-SIMS 검출가능하지 않을 수 있지만 외부에서 공급된 물질에 의해 매개된 반응을 통해 ToF-SIMS 검출가능한 생성물로 변환될 수 있다. 예를 들면, 일부 세포 성분을 변환시키기 위해 산 또는 염기 처리가 세포에 쉽게 적용될 수 있다. 하나의 예는 수산화 나트륨을 이용하는 트리아실글리세리드 및 인지질의 비누화이다. 수산화 칼륨을 함유하는 메탄올이 비누화를 위한 통상의 처리이다. 수산화 칼륨을 단독으로 사용하는 것이 본 발명에서 사용하기 위한 바람직한 비누화 처리이다. 콜로니의 일체성이 유지되는 막 위의 콜로니에 적용될 수 있는 이러한 처리가 본 발명의 실시에 사용될 수 있다.Certain cellular components may not be readily detectable in ToF-SIMS in their original state, but may be converted to ToF-SIMS detectable products through reactions mediated by externally supplied materials. For example, acid or base treatment can be readily applied to cells to convert some cellular components. One example is saponification of triacylglycerides and phospholipids using sodium hydroxide. Methanol containing potassium hydroxide is a common treatment for saponification. The use of potassium hydroxide alone is the preferred saponification treatment for use in the present invention. Such treatments that can be applied to colonies on the membrane where the integrity of the colonies are maintained can be used in the practice of the present invention.

또한 ToF-SIMS 검출가능한 생성물은 세포에 공급되는 반응물로부터 살아있는 세포에 의해 만들어질 수 있다. 반응물은 아미노산 또는 각종 당과 같은 천연 물질이거나, 반응물은 특정 세포 공정에 의해 변환되도록 고안된 특수하게 합성된 화합물일 수 있다. 예를 들면, X-Gal (Holt, S.J. 및 P.W. Sadler, Proc. Royal Sco. (London) 148B: 495 (1958))은 β-갈락토시다아제 효소에 의해 시각적으로 검출가능한 생성물로 변환되도록 고안되었다. 그러나, ToF-SIMS는 시각적으로 검출가능하지 않은, 전술한 바와 같은 많은 물질의 검출을 가능하게 한다.ToF-SIMS detectable products can also be made by living cells from the reactants supplied to the cells. The reactants may be natural substances such as amino acids or various sugars, or the reactants may be specially synthesized compounds designed to be converted by specific cellular processes. For example, X-Gal (Holt, SJ and PW Sadler, Proc. Royal Sco. (London) 148B: 495 (1958)) is designed to be converted into a product visually detectable by the β-galactosidase enzyme. . However, ToF-SIMS allows detection of many substances as described above, which are not visually detectable.

이동-시간 분석기는 이론적으로 질량 한계가 없다. 그러나, 표면으로부터의 탈착이 처리의 부분이므로, 크기를 제한하는 주요 이온 빔의 영향의 유한한 반경이 존재하고, 따라서 탈착될 수 있는 2차적 이온의 질량이 존재한다. 따라서 ToF-SIMS 검출가능한 생성물은 일반적으로 8 kD 이하이다.Travel-time analyzers theoretically have no mass limit. However, since desorption from the surface is part of the treatment, there is a finite radius of the influence of the main ion beam that limits the size, and therefore there is a mass of secondary ions that can be desorbed. Thus, ToF-SIMS detectable products are generally 8 kD or less.

ToF-SIMS 분석용 유기체Organisms for ToF-SIMS Analysis

본 발명에서 ToF-SIMS를 사용하여 분석될 유기체는 막 지지체에 적용되어 ToF-SIMS 기기 내에 도입될 수 있는 임의의 진핵 및 원핵 유기체를 포함한다. 개체가 서로서로 분리되도록 유기체가 막 지지체에 적용되는 것이 바람직하다. 콜로니로서 성장하는 유기체가 본 발명의 실시에 특히 적합하며, 사카로마이세스(Saccharomyces), 피키아(Picchia) 및 야로위야(Yarrowia)와 같은 효모의 종; 로도코커스(Rhodococcus), 스트렙토마이세스(Streptomyces), 악티노미세테스(Actinomycetes), 코리네박테리움(Corynebacterium), 바실루스(Bacillus), 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli), 슈도모나스(Pseudomonas), 살모넬라(Salmonella) 및 에르위니아(Erwinia)와 같은 그램 음성 및 그램 양성 박테리아를 포함하지만 이에 국한되지는 않는다. 페니실리움(Penicillium), 푸사리움(Fusarium), 아스페르질러스(Aspergillus), 포도스포라(Podospora), 크리소스포리움(Chrysosporium), 트리코더마(Trichoderma) 및 뉴로스포라(Neurospora)와 같은 균류도 포함될 수 있다. 상기 기준에 따라 배양물 중에서 성장할 수 있는, 포유류 세포주 및 주요 배양물, 및 옥수수, 벼, 밀, 대두, 담배 및 아라비돕시스(arabidopsis)와 같은 식물 세포를 포함하는 진핵 유기체로부터 유래된 세포들이 본 발명의 실시에 사용될 수도 있다.The organisms to be analyzed using ToF-SIMS in the present invention include any eukaryotic and prokaryotic organisms that can be applied to the membrane support and incorporated into the ToF-SIMS instrument. Preferably, the organisms are applied to the membrane support so that the individuals are separated from each other. And the organism to grow as a colony particularly suitable in the practice of the invention, the saccharide to my process (Saccharomyces), a species of yeast, such as Pichia (Picchia) and Yarrow baby.- (Yarrowia); Rhodococcus (Rhodococcus), Streptomyces (Streptomyces), evil Martino fine test (Actinomycetes), Corynebacterium (Corynebacterium), Bacillus (Bacillus), Escherichia coli (Escherichia coli), Pseudomonas (Pseudomonas), Salmonella ( Gram-negative and gram-positive bacteria such as Salmonella ) and Erwinia . Fungi such as Penny rooms Solarium (Penicillium), Fusarium (Fusarium), Aspergillus across Scotland (Aspergillus), grape Spokane LA (Podospora), Creative Source Four Leeum (Chrysosporium), Trichoderma (Trichoderma) and Neuro Castello La (Neurospora) It may also be included. Cells derived from eukaryotic organisms, including mammalian cell lines and major cultures, and plant cells such as corn, rice, wheat, soybean, tobacco and arabidopsis, which can grow in culture according to the above criteria, It may be used for implementation.

분석을 위한 유기체의 시료는 환경적, 임상적, 식품, 실험적 또는 기타 원천으로부터의 것일 수 있다. 본 발명의 ToF-SIMS 방법은 오염물 또는 병원균 세포에 존재하는 ToF-SIMS 검출가능한 구별되는 성분을 기초로, 시료에 존재하는 오염물 또는 병원균을 확인하기 위해 사용될 수 있다. 바람직하게는 ToF-SIMS에 의해 검출되는 지방산 성분이 구별되는 지방산이 존재하는 박테리아 종을 확인하기 위해 사용된다.Samples of organisms for analysis can be from environmental, clinical, food, experimental or other sources. The ToF-SIMS method of the present invention can be used to identify contaminants or pathogens present in a sample based on ToF-SIMS detectable distinct components present in contaminant or pathogen cells. Preferably the fatty acid component detected by ToF-SIMS is used to identify bacterial species in which distinct fatty acids are present.

진공 적합성 지지체Vacuum compatibility support

진공 환경 및 ToF-SIMS 기술의 표면 특이성은 본 발명의 실시에 요구되는 진공 적합성 지지체(막과 같은)의 선택에서 중요한 고려대상이다. 막은 저압의 진공 환경에 적합해야 하며, 계면활성제 또는 기타 표면-이동제 또는 첨가제가 없어야 한다. 막은 또한 유기체의 성장에 적합하고 배양 배지의 표면 상에 놓여졌을 때 유기체의 성장을 지지하도록 다공성이라면 바람직하다. 상기 요건에 부합하는 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 나일론, 폴리카보네이트 또는 니트로셀룰로오스(계면활성제를 제거하기 위해 용매로 세척한)의 막과 같은 임의의 막이 사용될 수 있다. 콜로니들은 성장 배지 또는 성장을 지지하는 막으로부터 ToF-SIMS 기기에 적합한, 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 또는 유리질 탄소 평판과 같은 여타 종류의 막 위로 전이될 수도 있다. 실리콘 웨이퍼는 낮은 저항을 가지고 전도성으로 간주되어야 하며, 배향 또는 도핑제 두께는 붕소 또는 인 및 110 또는 111 배향을 갖는 등과 같이 변할 수 있다. The vacuum environment and surface specificity of the ToF-SIMS technology are important considerations in the selection of vacuum compatible supports (such as membranes) required for the practice of the present invention. The membrane should be suitable for low pressure vacuum environments and free of surfactants or other surface-shifting agents or additives. The membrane is also preferred if it is porous to support the growth of the organism and to support the growth of the organism when placed on the surface of the culture medium. Any membrane may be used, such as a membrane of polyethersulfone, polysulfone, nylon, polycarbonate or nitrocellulose (washed with solvent to remove the surfactant) that meets the above requirements. Colonies may be transferred from growth media or growth supporting films onto other types of films, such as silicon wafers or glassy carbon plates, suitable for ToF-SIMS devices. Silicon wafers should be considered conductive with low resistance, and the orientation or dopant thickness may vary, such as with boron or phosphorus and with 110 or 111 orientation.

복제 유기체 시료Cloned organism samples

배지의 표면에서 성장한 유기체의 콜로니들은 그들의 원래 공간적 배향을 유지하면서 복제될 수 있다. 표면 상의 콜로니의 위에 놓인 필터 또는 막이 각각의 원래 콜로니로부터 약간의 세포를 취할 것이다. 두번째 필터 또는 막이 성장 배지 상에 놓여지고 성장 조건 하에 항온처리될 경우, 상기 셀들은 분열되어 원래 콜로니 세트의 복제물을 형성한다. 복제물의 임의의 수가 원래 세트의 콜로니로부터 만들어지거나 임의의 이어지는 복제된 세트로부터 만들어질 수 있다. 콜로니들은 하나의 필터 또는 막으로부터 또다른 것으로 같은 방식으로 복제될 수 있다. 한 세트의 유기체의 복제는 하나의 세트가 유지되는 것을 가능하게 하는 한편, 또다른 세트는 파괴적 방식으로 분석된다. 유지되고 분석된 콜로니 세트의 배향이 정렬될 수 있는 한, 분석으로부터 특이적 성질을 갖는 것으로 확인된 개체들이 증식될 수 있다.Colonies of organisms grown on the surface of the medium can be replicated while maintaining their original spatial orientation. A filter or membrane placed on top of the colonies on the surface will take some cells from each original colony. When a second filter or membrane is placed on the growth medium and incubated under growth conditions, the cells divide and form a replica of the original colony set. Any number of copies can be made from the original set of colonies or from any subsequent replicated set. Colonies can be replicated in the same way from one filter or membrane to another. Replication of one set of organisms allows one set to be maintained, while another set is analyzed in a destructive manner. As long as the orientation of the colony sets maintained and analyzed can be aligned, individuals identified as having specific properties from the assay can be propagated.

혼합된 개체군에서의 개별 유기체Individual organisms in mixed populations

표면 상의 유기체의 콜로니 성장은 개체들의 공간적 분포 또는 어레이를 구성한다. 콜로니가 필터 또는 막 지지체 상에서 성장하는 경우, 이들은 그들의 공간적 분포를 유지하면서 전이될 수 있다. 다른 매질로, 용액으로 및 실험 기기로 전이하는 것이 본 발명의 실시를 위해 모두 유용하다.Colony growth of organisms on the surface constitutes a spatial distribution or array of individuals. If colonies grow on a filter or membrane support, they can transition while maintaining their spatial distribution. Transitioning to other media, in solution, and into experimental instruments is both useful for the practice of the present invention.

혼합된 개체군 내에서 개체의 어레이를 유지하는 것은 상이한 특성을 갖는 특이적 개체의 동정을 가능하게 한다. 혼합된 개체군은 1종 또는 몇 가지 상이한 개체들을 갖는, 특성에 있어서 거의 동일한 개체들로 구성될 수 있다. 혼합된 개체군은 특성에 있어서 다수의 차이를 갖는 상이한 개체들을 포함할 수도 있다.Maintaining an array of individuals within a mixed population allows for the identification of specific individuals with different characteristics. Mixed populations can be composed of individuals that are nearly identical in character, with one or several different individuals. Mixed populations may include different individuals with multiple differences in characteristics.

개체군의 분석Population analysis

바람직한 특징을 갖는 개체를 동정하기 위한 혼합된 개체군의 분석이 돌연변이 발생, 유전자 셔플링(shuffling), 또는 유기체의 유전적 구조를 변화시키는 여타 방법들을 수반하는 프로그램에 사용된다. 유전적으로 변화된 개체들을 포함하는 커다란 혼합된 개체군을 일반적으로 라이브러리라 부른다. 하나의 라이브러리에서 수천 또는 심지어는 수만의 개체들을 분석하는 것이 원하는 특징을 갖는 몇 개의 개체를 동정하기 위해 필요할 수 있다. 본 발명의 방법은 개체들이 그 위에서 성장하는 막 위에서 직접 개체들의 신속하고 효율적인 분석을 가능하게 한다. 하나의 구현예에서 막 위의 개체들은 마이크로타이터 평판으로 전이되거나 다른 가공 단계를 거칠 필요 없이 직접 분석된다. 또다른 구현예에서는 막에 직접 적용될 수 있고 콜로니 일체성을 파괴하지 않는 처리 단계가 사용된다. 본 발명은 표면 분석 기술인 ToF-SIMS가 막 지지체 상에서 성장한 콜로니로부터 직접 세포 성분을 확인할 수 있음을 최초로 보여준다.Analysis of mixed populations to identify individuals with desirable characteristics is used in programs involving mutagenesis, gene shuffling, or other methods of altering the genetic structure of an organism. Large mixed populations containing genetically altered individuals are commonly referred to as libraries. Analyzing thousands or even tens of thousands of objects in a library may be necessary to identify several individuals with the desired characteristics. The method of the present invention allows for rapid and efficient analysis of individuals directly on the membrane on which they grow. In one embodiment the individuals on the membrane are analyzed directly without the need to transfer to microtiter plates or undergo other processing steps. In another embodiment a processing step is used that can be applied directly to the membrane and does not destroy colony integrity. The present invention shows for the first time that ToF-SIMS, a surface analysis technique, can identify cellular components directly from colonies grown on membrane supports.

본 발명은 이하의 실시예에서 더욱 상세히 정의된다. 이들 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예를 나타내지만 단지 예시로서 주어지는 것임이 이해되어야 한다. 상기의 논의와 이들 실시예로부터, 당업자는 본 발명의 주요 특징을 확인할 수 있을 것이며, 그 정신 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명을 여러가지 용도 및 조건에 적응시키기 위해 본 발명에 다양한 변화 및 수정을 가할 수 있다. The invention is defined in more detail in the following examples. It is to be understood that these examples represent preferred embodiments of the invention but are given by way of example only. From the above discussion and these examples, those skilled in the art will be able to ascertain the main features of the present invention, and various changes and modifications may be made to the present invention to adapt the present invention to various uses and conditions without departing from the spirit and scope thereof. have.

일반적 방법General method

실시예에 사용된 표준 재조합 DNA 및 분자 클로닝 기술은 당 분야에 공지되어 있으며 문헌[Sambrook, J., Fritsch, E. F. 및 Maniatis, T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual; Cold Spring Harbor Laboratory Press: Cold Spring Harbor, (1989) (Maniatis) 및 T. J. Silhavy, M. L. Bennan, 및 L. W. Enquist, Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1984) 및 Ausubel, F. M. 등, Current Protocols in Molecular Biology, pub. by Greene Publishing Assoc. and Wiley-Interscience (1987)]에 기재되어 있다.Standard recombinant DNA and molecular cloning techniques used in the examples are known in the art and described in Sambrook, J., Fritsch, EF and Maniatis, T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual ; Cold Spring Harbor Laboratory Press: Cold Spring Harbor, (1989) (Maniatis) and TJ Silhavy, ML Bennan, and LW Enquist, Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1984) and Ausubel, FM, etc. , Current Protocols in Molecular Biology, pub. by Greene Publishing Assoc. and Wiley-Interscience (1987).

박테리아 배양물의 유지 및 성장에 적합한 물질 및 방법이 당 분야에 공지되어 있다. 이하의 실시예에서 사용되기 적합한 기술은 문헌[Manual of Methods for General Bacteriology (Phillipp Gerhardt, R. G. E. Murray, Ralph N. Costilow, Eugene W. Nester, Willis A. Wood, Noel R. Krieg 및 G. Briggs Phillips, eds), American Society for Microbiology, Washington, DC. (1994)) 또는 Thomas D. Brock in Biotechnology: A Textbook of Industrial Microbiology, Second Edition, Sinauer Associates, Inc., Sunderland, MA (1989)]에 기재된 바와 같이 찾아볼 수 있다. 박테리아 세포의 성장 및 유지를 위해 사용된 모든 시약, 제한 효소 및 물질은 달리 명시되지 않는 한 알드리히 케미칼즈(Aldrich Chemicals, Milwaukee, WI), 디프코 러보러토리즈(DIFCO Laboratories, Detroit, MI), 기브코/비알엘 (GIBCO/BRL, Gaithersburg, MD) 또는 시그마 케미칼 사(Sigma Chemical Company, St. Louis, MO)로부터 입수되었다.Materials and methods suitable for the maintenance and growth of bacterial cultures are known in the art. Techniques suitable for use in the following examples are described in Manual of Methods for General Bacteriology (Phillipp Gerhardt, RGE Murray, Ralph N. Costilow, Eugene W. Nester, Willis A. Wood, Noel R. Krieg and G. Briggs Phillips, eds), American Society for Microbiology, Washington, DC. (1994) or Thomas D. Brock in Biotechnology: A Textbook of Industrial Microbiology, Second Edition, Sinauer Associates, Inc., Sunderland, MA (1989). All reagents, restriction enzymes and materials used for the growth and maintenance of bacterial cells are Aldrich Chemicals (Moldwaukee, WI), DIFCO Laboratories, Detroit, MI unless otherwise specified. ), Gibco / Bial (GIBCO / BRL, Gaithersburg, MD) or Sigma Chemical Company, St. Louis, Mo.

약자의 의미는 다음과 같다: "sec"는 초를 의미하고, "min"는 분을 의미하며, "hr"는 시간을 의미하고, "d"는 일을 의미하며, "μL"는 마이크로리터를 의미하고, "mL"는 밀리리터를 의미하며, "L"는 리터를, "μM"은 마이크로몰 농도를, "mM"은 밀리몰 농도를, "M"는 몰 농도를, "mmol"은 밀리몰을, "μmole"은 마이크로몰을, "g"는 그램을, "mg"는 밀리그램을, "μg"은 마이크로그램을, "ng"는 나노그램을, "U"는 단위를, "μm"는 마이크로미터를, "cm"는 센티미터를, "mm"는 밀리리터를, "RPM"은 분당 회전수를, "bp"는 염기 쌍을, "kb"는 킬로베이스(kilobase)를 의미하고 m/z는 질량 대 전하 비를 의미한다.The abbreviations mean the following: "sec" means seconds, "min" means minutes, "hr" means hours, "d" means days, and "μL" means microliters "ML" means milliliters, "L" means liters, "μM" indicates micromolar concentrations, "mM" indicates millimolar concentrations, "M" indicates molar concentrations, and "mmol" indicates millimoles Where "μmole" is micromolar, "g" is grams, "mg" is milligrams, "μg" is micrograms, "ng" is nanograms, "U" is units, "μm" For micrometers, "cm" for centimeters, "mm" for milliliters, "RPM" for revolutions per minute, "bp" for base pairs, "kb" for kilobase and m / z means mass to charge ratio.

실시예 1Example 1

인디고 검출을 통한 이. 콜라이 발현 β-갈락토시다아제의 ToF-SIMS 확인Lee through indigo detection. ToF-SIMS Identification of E. coli-expressing β-galactosidase

본 실시예는 β-갈락토시다아제 효소를 발현하는 박테리아 콜로니를 그렇지 않은 것으로부터 구별하기 위한 ToF-SIMS의 능력을 보여준다. 이는 반응물(무색의 5-브로모-4-클로로-3-인돌릴-β-D-갈락토시드)를 생성물(청색의 인디고 유도체)로 변환시킬 수 있는 유기체에서 명백한 시각적 변화를 갖는 체계를 사용하여, ToF-SIMS 데이터의 즉각적 확인을 가능케한다. 본 실시예는 또한 고체 성장배지로부터 ToF-SIMS 기기의 고-진공의 분석 쳄버로, 콜로니의 공간적 관계를 유지하면서 박테리아 콜로니의 수거물을 전이시키기 위한 방법을 보여준다.This example shows the ability of ToF-SIMS to distinguish bacterial colonies expressing β-galactosidase enzyme from those that are not. It uses a system with obvious visual changes in organisms that can convert the reactants (colorless 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactoside) into products (blue indigo derivatives). This allows for immediate verification of ToF-SIMS data. This example also shows a method for transferring the harvest of bacterial colonies from the solid growth medium to the high-vacuum analysis chamber of the ToF-SIMS instrument while maintaining the spatial relationship of the colonies.

시험 체계:Test system:

β-갈락토시다아제(β-gal)를 인코딩하는 에스케리키아 콜라이 LacZ 유전자는 고전적인 조직화학적 리포터 유전자이다 (Beckwith, J.R. Lac: The genetic system. In The Operon. J.H. Miller and W.S. Reznikoff, Eds. Cold Spring Harbor Laboratory: Cold Spring Harbor, NY (1980)). 그의 활성은 다양한 기질을 이용하여 검출될 수 있고, 그 모든 것은 β-D-글루코시드 결합을 통해, 갈락토오스로부터 유리되면 성질이 변하는 잔기에 결합된 갈락토오스를 갖는다 (Wallenfels, K., and R. Weil. In The Enzymes. P.D. Boyer, Ed. 3rd ed. Academic:NY, 7:617 (1972)). β-gal에 의해 절단 시 침전된 생성물을 생성하는 하나의 유용한 발색성 기질은 인돌 유도체인, 5-브로모-4-클로로-3-인돌릴-β-D-갈락토시드(또는 "X-gal"; Holt, S.J., 및 P.W. Sadler. Proc. Royal Soc. (London) 148B:495 (1958))이다. β-gal이 X-gal의 글리코시드 결합을 절단하면, 용해성의 무색의 인독실 단량체가 생성된다. 이어서 유리된 인독실 잔기의 둘이 이량체를 형성하고, 그것이 비효소적으로 산화되어, 매우 안정하고 불용성인 청색의 화합물인 할로겐화 인디고를 생성한다. 따라서, 세포가 X-gal의 존재 하에 성장될 경우, 인디고 생성물의 존재 또는 부재에 근거하여 각각 lacZ를 발현하거나 발현하지 못하는 이. 콜라이 세포를 분별하는 것이 가능하다 ("청/백" 분석으로 일반적으로 알려짐). 구조적으로, 이. 콜라이 세포 내에 X-gal의 인디고 생성물이 유지되고 따라서 상기 생성물이 세포 막을 통해 주위 환경으로 배출되지 않는 것을 인지하는 것이 중요하다. The Escherichia coli LacZ gene encoding β-galactosidase (β-gal) is a classic histochemical reporter gene (Beckwith, JR Lac: The genetic system.In The Operon . JH Miller and WS Reznikoff, Eds. Cold Spring Harbor Laboratory: Cold Spring Harbor, NY (1980)). Its activity can be detected using a variety of substrates, all of which have galactose bound to residues whose properties change upon release from galactose through β-D-glucoside binding (Wallenfels, K., and R. Weil In The Enzymes.PD Boyer, Ed. 3 rd ed.Academic: NY, 7: 617 (1972). One useful chromogenic substrate that produces a precipitated product upon cleavage by β-gal is an indole derivative, 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactosid (or “X-gal” Holt, SJ, and PW Sadler. Proc. Royal Soc . (London) 148B: 495 (1958)). When β-gal cleaves the X-gal glycosidic bond, a soluble colorless, doxolic monomer is produced. Two of the liberated doxyl residues then form a dimer, which is non-enzymatically oxidized to yield a halogenated indigo, a blue compound that is very stable and insoluble. Thus, when cells are grown in the presence of X-gal, they may or may not express lacZ, respectively, based on the presence or absence of indigo products. It is possible to fractionate E. coli cells (commonly known as "blue / white" assays). Structurally, this. It is important to recognize that X-gal indigo product is maintained in E. coli cells and therefore the product is not excreted through the cell membrane into the surrounding environment.

이. 콜라이 콜로니의 나일론 막 위에서의 제조 및 성장:this. Preparation and Growth of Nylon Coli Colonies on Nylon Membranes:

100 μg/mL의 앰피실린과 함께 ~20 mL의 LB 한천을 포함하는 페트리 접시에 100 mM 이소프로필티오갈락토시드 (IPTG) 수용액 30 μL 및 20 mg/mL X-gal(5-브로모-4-클로로-3-인돌릴-β-D-갈락토시드)의 디메틸포름아미드 용액 50 μL를 위에 놓고, 상기 평판을 표면이 마르도록 15 분 동안 개방해 두었다. 원형의 미세공성인 양의 전하를 가진, 0.45 μm 세공 크기(Boehringer Mannheim, Mannheim, Germany)의 폴리에스테르 지지체 상에 주조된 나일론 66 막을 상기 한천의 표면 위에 놓고, pUC18 중 이. 콜라이 K12 게놈 DNA의 라이브러리로 형질전환된 이. 콜라이 DH5α의 배양물을 상기 나일론 막의 위에 펴발랐다. 상기 배양물은 34%의 플라스미드가 DNA 삽입물을 가지며 따라서 배양물로부터 성장한 콜로니의 34%가 게놈 DNA 삽입물에 의해 pUC18 중 lacZ 유전자의 방해로 인하여 β-갈락토시다아제를 발현하지 않는 개체군으로 구성되도록 미리 결정되었다 (Beckwith, J.R. Lac: The genetic system. In The Operon. J.H. Miller and W.S. Reznikoff, Eds. Cold Spring Harbor Laboratory: Cold Spring Harbor, NY (1980)). 37℃에서 밤새 항온 처리 후, 상기 나일론 막은 ~1500 개의 콜로니로 덮였고, 그 34%는 백색이었으며 나머지는 청색이었다. 청색 콜로니는 β-갈락토시다아제를 발현하는 박테리아를 함유하였고, 따라서 X-gal을 쉽게 시각화되는 인디고 유도체로 변환시킬 수 있었다 (Holt, S.J., and P.W. Sadler, Proc. Royal Soc. (London) 148B: 495 (1958)).30 μL of aqueous 100 mM isopropylthiogalactoside (IPTG) and 20 mg / mL X-gal (5-bromo-4) in a Petri dish containing ˜20 mL of LB agar with 100 μg / mL ampicillin 50 μL of a dimethylformamide solution of -chloro-3-indolyl-β-D-galactoside) was placed on top and the plate was left open for 15 minutes to dry the surface. A nylon 66 membrane cast on a polyester support of 0.45 μm pore size (Boehringer Mannheim, Mannheim, Germany), with a circular microporous positive charge, was placed on the surface of the agar and the E. coli in pUC18. E. transformed with a library of E. coli K12 genomic DNA. Cultures of E. coli DH5α were spread over the nylon membrane. The culture is such that 34% of the plasmids have DNA inserts and thus 34% of colonies grown from the cultures are composed of populations that do not express β-galactosidase due to the disruption of the lacZ gene in pUC18 by genomic DNA inserts. Predetermined (Beckwith, JR Lac: The genetic system.In The Operon . JH Miller and WS Reznikoff, Eds. Cold Spring Harbor Laboratory: Cold Spring Harbor, NY (1980)). After incubation overnight at 37 ° C., the nylon membrane was covered with ˜1500 colonies, 34% of which was white and the rest were blue. The blue colony contained bacteria expressing β-galactosidase and thus could convert X-gal into indigo derivatives that were easily visualized (Holt, SJ, and PW Sadler, Proc. Royal Soc. (London) 148B 495 (1958).

콜로니의 ToF-SIMS 분석용 진공 쳄버 내로의 도입Introduction of Colonies into Vacuum Chambers for ToF-SIMS Analysis

나일론 막의 1 cm2 부분을 절단하고, 성장 배지로부터 벗겨내어, 막 위에 몰리브덴 마스크를 나사로 고정함으로써 스텐레스 스틸 원형 시료 홀더("퍽(puck)"이라고 함) 위에 올려 놓았다. 다음, 시료를 제조자의 지침에 따라 PHI 모델 7200 ToF-SIMS 기기 (Physical Electronics, Eden Prairie, MN) 내로 도입하였다. 대기압에서 < 1 x 10-5 토르까지 예비-쳄버 내에서 펌프로 감압을 수행한 후, 시료 스테이지를 압력이 < 1 x 10-7 토르인 주요 분석 쳄버까지 자석 이동 막대를 이용하여 밀어 넣었다.A 1 cm 2 portion of the nylon membrane was cut, peeled off from the growth medium, and placed on a stainless steel round sample holder (called "puck") by screwing the molybdenum mask onto the membrane. The sample was then introduced into a PHI Model 7200 ToF-SIMS instrument (Physical Electronics, Eden Prairie, MN) according to the manufacturer's instructions. After depressurization was carried out in a pre-chamber at atmospheric pressure to <1 x 10 -5 Torr, the sample stage was pushed using a magnet moving rod to the main analytical chamber with a pressure of <1 x 10 -7 Torr.

분광학적 차이를 기초로 한 청색 대 백색 콜로니의 ToF-SIMS 검출의 확인Confirmation of ToF-SIMS detection of blue to white colonies based on spectroscopic differences

다음의 ToF-SIMS 조건을 이용하여 청색 및 백색 콜로니를 각각 분석하였다: 세슘 주요 이온원, 전하 보상을 위한 펄스화된 전자 분출 총, 및 이온 반사체 형의 분광계. 채취된 각 콜로니의 면적은 200 x 200 μm2이었다. ToF-SIMS 분광학적 차이가 두 콜로니 사이에서 검출되었다. 청색 콜로니의 경우, ToF-SIMS 데이터는 각각 인디고 유도체의 양성자화된 및 탈양성자된 분자상 이온의 크기인 m/z 486 (도 1B, D)에서 양의 전하를 가진 및 음의 전하를 가진 2차적 이온 각각의 클러스터를 나타내었다. 백색 콜로니는 m/z 486 (도 1A, C)에서 양의 전하를 갖거나 음의 전하를 가진 2차적 이온 클러스터를 나타내지 않았다. 즉, 특이적 ToF-SIMS 검출가능한 생성물인 X-Gal의 인돌 유도체를 제조하는 생물학적 유기체를 확인하기 위한 ToF-SIMS의 능력이 증명되었다.The blue and white colonies were analyzed using the following ToF-SIMS conditions: Cesium main ion source, pulsed electron ejection gun for charge compensation, and ion reflector type spectrometer. The area of each colony collected was 200 × 200 μm 2 . ToF-SIMS spectroscopic differences were detected between the two colonies. For blue colonies, the ToF-SIMS data shows positive and negative charges at m / z 486 (FIG. 1B, D), the size of the protonated and deprotonated molecular ions of the indigo derivatives, respectively. Clusters of each of the secondary ions are shown. The white colonies did not show secondary ion clusters with positive or negative charge at m / z 486 (FIGS. 1A, C). That is, the ability of ToF-SIMS to identify biological organisms that produce indole derivatives of X-Gal, which are specific ToF-SIMS detectable products, has been demonstrated.

실시예 2Example 2

랜덤-어레이된 박테리아 콜로니의 ToF-SIMS 분석의 상이한 방법들Different Methods of ToF-SIMS Analysis of Random-arrayed Bacterial Colonies

본 실시예는 1) 공지의 콜로니 위치로부터 단일-점 스펙트럼의 획득; 2) 주요 이온 빔을 래스터함으로써 다수의 콜로니를 포함하는 영역에 걸친 맵핑; 및 3) 주요 이온 빔 하에 시료 스테이지를 래스터함으로써 다수의 콜로니를 포함하는 영역에 걸친 맵핑을 기초로, 랜덤-어레이된 박테리아 콜로니를 분석하기 위한 3 가지 상이한 방법을 기재한다. 각각의 방법론을 이용하여, ToF-SIMS 검출가능한 생성물(예, X-Gal의 인돌 유도체)을 생성하는 및 생성하지 않는 이. 콜라이 콜로니가 어레이 내에서 확인되었다. This example comprises 1) acquisition of single-point spectra from known colony locations; 2) mapping across regions containing multiple colonies by rastering the main ion beam; And 3) three different methods for analyzing random-arrayed bacterial colonies based on mapping across regions containing multiple colonies by rastering the sample stage under the main ion beam. Each methodology is used to generate and not produce ToF-SIMS detectable products (eg, indole derivatives of X-Gal). Coli colonies were identified in the array.

단일-점 ToF-SIMS 분석을 통한 콜로니 분석Colony Analysis with Single-Point ToF-SIMS Analysis

실시예 1에 기재된 바와 같이, β-갈락토시다아제를 발현하는 청색 콜로니와 β-갈락토시다아제를 발현하지 않는 백색 콜로니를 포함하는 이. 콜라이 콜로니의 혼합물로 덮인 나일론 막을 제조하였다. 막의 시료를 실시예 1에 기재된 바와 같이 ToF-SIMS 기기로 이동시켰다. As described in Example 1, E. coli comprising blue colonies expressing β-galactosidase and white colonies not expressing β-galactosidase. Nylon membranes were prepared covered with a mixture of E. coli colonies. Samples of the membrane were transferred to a ToF-SIMS instrument as described in Example 1.

각각의 12 개 콜로니(청색 및 백색 콜로니의 혼합)에 대한 시료 스테이지 좌 표는 마이크로미터 스케일로 정렬하여 ToF-SIMS 기기의 접안렌즈를 통해 막의 시각적 검사에 의해 결정되고 기록되었다. 시료 스테이지를 다시 각 좌표의 세트로 이동시키고, 실시예 1에 기재된 ToF-SIMS 조건을 이용하여 200 x 200 μm2 면적을 각 콜로니에 대하여 별도로 분석하였다.Sample stage coordinates for each of the 12 colonies (mix of blue and white colonies) were determined and recorded by visual inspection of the membrane through the eyepiece of the ToF-SIMS instrument, aligned on a micrometer scale. The sample stage was moved back to the set of angular coordinates and the 200 × 200 μm 2 area was analyzed separately for each colony using the ToF-SIMS conditions described in Example 1.

인디고 유도체의 양성 분자상 2차적 이온 특성의 강도를 (실시예 1에 기재되고 도 1에 나타낸 바와 같이) 각 콜로니 데이터 세트의 경우 총 2차적 이온 수율에 대한 비로 나타내었다. 상기 비는 그레이스케일 칼라맵으로 번역되어 각 콜로니의 시료 스테이지 좌표에 따라 격자 상에 도시되었다. 콜로니 어레이의 형식에서 ToF-SIMS 데이터의 상기 칼라맵은 6 개의 진한 백색 점, 하나의 덜 진한 백색 점, 및 5 개의 겨우 알아볼 수 있는 회색 점(도 2)을 나타내었다. 각각 청색과 백색인 콜로니의 시각적 색상에 의해 입증되듯이 7 개의 백색 점은 인디고 유도체를 함유한 7 개 콜로니의 스테이지 위치를 나타낸 한편, 5 개의 회색 점은 인디고 유도체를 함유하지 않는 콜로니를 나타내었다. The intensity of the secondary ionic character on the positive molecular indigo derivatives (as described in Example 1 and shown in FIG. 1) is shown as the ratio to the total secondary ion yield for each colony data set. The ratio was translated into a grayscale colormap and plotted on the grid according to the sample stage coordinates of each colony. The colormap of ToF-SIMS data in the form of colony arrays showed six dark white points, one less dark white point, and five barely recognizable gray points (FIG. 2). As evidenced by the visual color of the colonies, which are blue and white, respectively, seven white dots represent the stage positions of seven colonies containing indigo derivatives, while five gray dots represent colonies containing no indigo derivatives.

따라서, ToF-SIMS 분석 기술의 단일-점은 특이적 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 제조하는 생물학적 유기체의 확인을 위해 유용하다.Thus, the single-point of the ToF-SIMS analysis technique is useful for the identification of biological organisms that make specific ToF-SIMS detectable products.

주요 이온 빔 래스터링 및 화학측정 데이터 감소를 통한 ToF-SIMS 2차적 이온 맵핑을 통한 콜로니 분석Colony analysis via ToF-SIMS secondary ion mapping through key ion beam rastering and chemical measurement data reduction

실시예 1에 기재된 바와 같이, β-갈락토시다아제를 발현하는 청색 콜로니와 β-갈락토시다아제를 발현하지 않는 백색 콜로니를 포함하는 이. 콜라이 콜로니의 혼합물로 덮인 나일론 막을 제조하였다. 막의 시료를 실시예 1에 기재된 바와 같이 ToF-SIMS 기기로 이동시켰다.As described in Example 1, E. coli comprising blue colonies expressing β-galactosidase and white colonies not expressing β-galactosidase. Nylon membranes were prepared covered with a mixture of E. coli colonies. Samples of the membrane were transferred to a ToF-SIMS instrument as described in Example 1.

하나의 청색 콜로니 부분과 하나의 백색 콜로니 부분을 포함하는 막의 400 x 400 μm2 면적 위에 ToF-SIMS 분석을 수행하였다. 전하 보상을 위한 펄스화된 전자 분출 총을 갖는 갈륨 주요 이온 빔 및 이온 반사체 디자인으로 된 질량 분석기를 256 x 256 픽셀 해상도를 갖는 분석 면적에 걸쳐 규칙적인 공간 간격에서 래스터하였다. 각 픽셀에서, 분석 면적에 걸친 어레이를 구성하여, 전체 표면 질량 스펙트럼을 수득하였다.ToF-SIMS analysis was performed on a 400 × 400 μm 2 area of the membrane comprising one blue colony portion and one white colony portion. Mass spectrometers with gallium main ion beam and ion reflector designs with pulsed electron ejection guns for charge compensation were rastered at regular spatial intervals over an analysis area with 256 x 256 pixel resolution. In each pixel, an array over the analysis area was constructed to obtain a full surface mass spectrum.

주요 이온원을 래스터하여 수득된 전체 2차적 이온 신호는 실시예 1에 기재된 방법을 이용하여 수득된 것보다 낮았고, 따라서 스펙트럼 콘트라스트를 향상시키기 위해 화학측정 데이터 감소법이 사용되었다. 256 x 256 픽셀로부터 204 x 256 픽셀 (320 x 400 μm2)까지 데이터파일을 먼저 취하여 그것이 양 콜로니의 거의 동일한 부분을 포함하도록 하였다. 결과되는 세트의 52,224 조합된 양성 및 음성 ToF-SIMS 픽셀 스펙트럼을 먼저 표준화하였다 (양성 세트에 대해서는 총 양성 2차적 이온 수율 및 음성 세트에 대해서는 m/z 50부터 앞으로의 총 음성 2차적 이온 수율로). 다음, 상기 데이터 세트를 평균-중심화하고 주요 성분 분석(PCA) (MATLAB Version 5.3, The Mathworks, Inc., Natick, MA.와 연관된 PLS_Toolbox Version 2.0, Eigenvector Research, Inc., Manson, WA)에 대한 입력 데이터로 사용하였다. 그 후 상기 분석의 출력을 다변수 곡선 분리 루틴(PLS_Toolbox, MATLAB)으로 공급하였다. 당업자에게 친숙한 상기 처리는 유사한 스펙트럼 패턴으로 픽셀을 분류한 다음 스펙트럼 성분으로 분리해내었다. 두 인자가 나타났다. 공간 분포 맵은 픽셀 당 각 인자의 강도 또는 "농도"를 플롯함으로써 만들어졌다. 하나의 맵은 양 콜로니에 공통인 스펙트럼 특성의 공간적 분포를 나타내었다 (도 3A). 상기 맵에는 상기 공통적 특성에 대한 계산된 스펙트럼이 수반되었다. 두번째 맵(도 3B)은 콜로니 중 하나에 독특한 스펙트럼 특성의 공간 분포를 나타내었다. 상기 독특한 스펙트럼 특성은 β-갈락토시다아제를 발현하는 콜로니에 존재하는 브롬 및 인디고 분자상 2차적 이온에 해당하는 피크였다. 이러한 특성들을 갖는 콜로니가 β-갈락토시다아제를 발현하는 것임을 입증하는 것은 그것의 푸른 색상이었다. The total secondary ion signal obtained by rastering the main ion source was lower than that obtained using the method described in Example 1, and thus, the chemical measurement data reduction method was used to improve the spectral contrast. The datafile was first taken from 256 x 256 pixels to 204 x 256 pixels (320 x 400 μm 2 ) so that it contained almost the same parts of both colonies. The resulting set of 52,224 combined positive and negative ToF-SIMS pixel spectra were first normalized (from total positive secondary ion yield for positive set and m / z 50 to negative total future negative secondary ion yield). . Next, the data set is averaged-centered and input for principal component analysis (PCA) (PLS_Toolbox Version 2.0, Eigenvector Research, Inc., Manson, WA) associated with MATLAB Version 5.3, The Mathworks, Inc., Natick, MA. Used as data. The output of the analysis was then fed to a multivariate curve separation routine (PLS_Toolbox, MATLAB). The process, familiar to those skilled in the art, classifies pixels into similar spectral patterns and then separates them into spectral components. Two factors appeared. Spatial distribution maps were created by plotting the intensity or "concentration" of each factor per pixel. One map showed the spatial distribution of spectral characteristics common to both colonies (FIG. 3A). The map was accompanied by a calculated spectrum for the common characteristic. The second map (FIG. 3B) showed the spatial distribution of spectral characteristics unique to one of the colonies. The unique spectral properties were peaks corresponding to bromine and indigo molecular secondary ions present in colonies expressing β-galactosidase. It was its blue color to demonstrate that colonies with these properties express β-galactosidase.

막이 수포르(등록상표) 폴리에테르술폰 막(Pall-Gellman, Ann Arbor, MI)인 것을 제외하고는 실시예 1에 기재된 바와 같이 β-갈락토시다아제를 발현하는 청색 콜로니와 β-갈락토시다아제를 발현하지 않는 백색 콜로니를 포함하는 이. 콜라이 콜로니의 혼합물로 덮인 막을 제조하였다. Blue colonies and β-galactosidas expressing β-galactosidase as described in Example 1 except that the membrane was a Supor® polyethersulfone membrane (Pall-Gellman, Ann Arbor, MI). E. coli containing white colonies that do not express an aze. A membrane covered with a mixture of coli colonies was prepared.

전하 보상을 위한 펄스화된 전자 분출 총을 갖는 및 이온 반사체 디자인으로 된 질량 분석기(Ion-ToF Model ToF IV, Ion-ToF GmbH, Muenster, Germany)를 이용하여, Au1 금 주요 이온 빔 및 Au3 금 주요 이온 빔을 사용하는 주요 이온 빔 래스터에 의해, 하나의 청색 콜로니를 포함하는 500 x 500 μm2 면적의 수포르(등록상표) 막 위에 ToF-SIMS 분석을 수행하였다. 상기 데이터에 화학측정 데이터 감소는 실시되지 않았다. 금 이온 빔 데이터로부터의 음성 ToF-SIMS 2차적 이온 맵은 Au1 및 Au3 각각에 대하여 도 4A 및 B에 나타낸 바와 같이 직접적으로 인디고를 검출할 수 있었다. 도면에서 보듯이 브롬 또한 검출되었다.Au 1 gold main ion beam and Au 3 using a mass spectrometer with pulsed electron ejection gun for charge compensation and with ion reflector design (Ion-ToF Model ToF IV, Ion-ToF GmbH, Muenster, Germany) ToF-SIMS analysis was performed on a Supor® membrane of 500 x 500 μm 2 area containing one blue colony by a primary ion beam raster using a gold primary ion beam. No chemical measurement data reduction was performed on the data. Negative ToF-SIMS secondary ion maps from gold ion beam data were able to detect indigo directly as shown in FIGS. 4A and B for Au 1 and Au 3 respectively. As shown in the figure, bromine was also detected.

따라서 주요 이온 빔 래스터링 및 화학측정 데이터 감소를 통한 맵핑은 특정 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 제조하는 생물학적 유기체의 확인을 위해 유용한 ToF-SIMS 분석 기술이었다. Thus mapping through key ion beam rastering and chemimetric data reduction has been a useful ToF-SIMS analysis technique for the identification of biological organisms making specific ToF-SIMS detectable products.

주요 이온 빔 하의 스테이지 래스터를 통한 ToF-SIMS 2차적 이온 맵핑을 통한 콜로니 분석Colony analysis via ToF-SIMS secondary ion mapping through stage raster under main ion beam

막이 수포르(등록상표) 폴리에테르술폰 막(Pall-Gellman, Ann Arbor, MI)인 것을 제외하고는 실시예 1에 기재된 바와 같이 β-갈락토시다아제를 발현하는 청색 콜로니와 β-갈락토시다아제를 발현하지 않는 백색 콜로니를 포함하는 이. 콜라이 콜로니의 혼합물로 덮인 막을 제조하였다. 막의 시료를 실시예 1에 기재된 바와 같이 ToF-SIMS 기기로 이동시켰다. Blue colonies and β-galactosidas expressing β-galactosidase as described in Example 1 except that the membrane was a Supor® polyethersulfone membrane (Pall-Gellman, Ann Arbor, MI). E. coli containing white colonies that do not express an aze. A membrane covered with a mixture of coli colonies was prepared. Samples of the membrane were transferred to a ToF-SIMS instrument as described in Example 1.

전하 보상을 위한 펄스화된 전자 분출 총 및 이온 반사체 디자인으로 된 질량 분석기(Ion-ToF Model IV, Ion-ToF GmbH, Muenster, Germany)를 이용하여, 금 주요 이온 빔 하에 시료 스테이지를 래스터함으로써 256 x 256 픽셀을 갖는 다수의 콜로니를 포함하는 20 x 20 mm2 면적의 막 위에 ToF-SIMS 분석을 수행하였다. 각각의 간격 또는 픽셀에서, 상기 면적에 걸친 어레이를 구성함으로써 전체 표면 질량 스펙트럼이 수득되었다. 다음, 각 픽셀에서 질량 스펙트럼 데이터로부터 특정 피 크의 강도를 사용하여 공간 분포 맵을 만들었다. 구체적으로, 막 지지체를 탐지하는 염소의 분포가 도 5A에 나타난 바와 같이 어레이 상의 모든 콜로니의 그림 맵을 만들기 위해 사용되었다. 도 5B에 나타난 바와 같이 모든 콜로니의 위치를 나타내기 위해 픽셀 당 [포스페이트 + 아미드 / CNO] 2차적 이온의 강도가 또한 사용되었다. 브롬과 인디고 분자상 2차적 이온의 분포는 도 5C에 나타난 바와 같이 X-Gal을 인디고로 변환시킬 수 있는 상기 콜로니들의 위치를 확인하기 위해 사용되었다. 염소 (청색) + [포스페이트 + CNO] (적색) 또는 염소 (황색) + [브롬 + 인디고] (청색)의 색상 오버레이(overlay)가 각 콜로니의 종류를 쉽게 확인하기 위해 사용되었다. 상기 2차적 이온 맵을 콜로니의 광학 사진과 비교하면, 그 푸른 색상에 의해 브롬 및 인디고 분자상 2차적 이온을 나타내는 콜로니의 확인이 입증되었다.Using a mass spectrometer (Ion-ToF Model IV, Ion-ToF GmbH, Muenster, Germany) with pulsed electron ejection gun and ion reflector design for charge compensation, it was possible to raster the sample stage under a gold main ion beam to achieve 256 x ToF-SIMS analysis was performed on a 20 × 20 mm 2 area film containing multiple colonies with 256 pixels. At each interval or pixel, the entire surface mass spectrum was obtained by constructing the array over the area. Next, a spatial distribution map was created using the intensity of a particular peak from the mass spectral data at each pixel. Specifically, the distribution of chlorine to detect the membrane support was used to make a pictorial map of all colonies on the array as shown in FIG. 5A. The intensity of [phosphate + amide / CNO] secondary ions per pixel was also used to indicate the location of all colonies as shown in FIG. 5B. The distribution of secondary ions on bromine and indigo molecules was used to identify the locations of the colonies that could convert X-Gal to indigo as shown in FIG. 5C. Color overlays of chlorine (blue) + [phosphate + CNO] (red) or chlorine (yellow) + [bromine + indigo] (blue) were used to easily identify the type of each colony. Comparing the secondary ion map with optical photographs of colonies, the blue color demonstrated the identification of colonies showing bromine and indigo molecular secondary ions.

따라서, 주요 이온 빔 하의 스테이지 래스터를 통한 맵핑 또한 특정 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 제조하는 생물학적 유기체의 확인을 위해 유용한 ToF-SIMS 분석 기술이었다. Thus, mapping through stage rasters under the main ion beam was also a useful ToF-SIMS analysis technique for the identification of biological organisms that make certain ToF-SIMS detectable products.

실시예 3Example 3

페닐알라닌:암모니아 분해효소를 발현하는 이. 콜라이의 ToF-SIMS 검출:Phenylalanine: E. coli expressing ammonia degrading enzyme. E. coli ToF-SIMS detection:

본 실시예는 반응물을 생성물로 변환시킬 수 있는 유기체에서 시각적 변화가 없는, 상기 생성물이 수용성 저분자량 유기산인 계에서 ToF-SIMS 검출을 보여준다. 본 실시예는 또한, 생성물에 특이적인 분자상 2차적 이온이 검출되지 않는 경우에도 생성물을 생성할 수 있는 콜로니가 분광학적으로 구별될 수 있는 방법을 보여준다. This example shows ToF-SIMS detection in systems where the product is a water soluble low molecular weight organic acid, with no visual change in the organism capable of converting the reactants into products. This example also shows how the colonies that can produce the product can be spectroscopically distinguished even if no molecular secondary ions specific to the product are detected.

페닐알라닌:암모니아 분해효소를 발현하는 이. 콜라이:Phenylalanine: E. coli expressing ammonia degrading enzyme. Coli:

β-갈락토시다아제와 같이 쉽게 검출가능하지 않은 효소 활성을 발현하는 이. 콜라이의 ToF-SIMS 검출을 나타내기 위해, 본 발명자들은 US6368837에 기재된 것과 같이 돌연변이된 로도스포리듐 토룰로이데스(Rhodosporidium toruloides)로부터의 페닐알라닌:암모니아 분해효소(PAL)을 사용하였다. 상기 효소는 향상된 티로신:암모니아 분해효소(TAL) 활성을 가졌지만 본 실시예에서는 단지 PAL 활성만을 분석하였다. E. coli expressing enzyme activity that is not readily detectable, such as β-galactosidase. To demonstrate ToF-SIMS detection of E. coli, we used phenylalanine: ammonia degrading enzyme (PAL) from mutated Rhodosporidium toruloides as described in US6368837 . The enzyme had improved tyrosine: ammonia degrading enzyme (TAL) activity but only PAL activity was analyzed in this example.

페닐알라닌 암모니아-분해효소(PAL)(EC 4.3.1.5)는 식물 (Koukol 등, J. Biol. Chem. 236:2692-2698 (1961)), 균류 (Bandoni 등, Phytochemistry 7:205-207 (1968)), 효모 (Ogata 등, Agric. Biol. Chem. 31:200-206 (1967)) 및 스트렙토마이세스(Emes 등, Can. J. Biochem. 48:613-622 (1970))에 널리 분포되어 있지만, 에스케리키아 콜라이 또는 포유류 세포에서는 발견된 적이 없다(Hanson and Havir in The Enzymes, 3rd ed.; Boyer, P., Ed.; Academic: New York, 1967; pp 75-167). PAL은 페닐프로파노이드 대사의 첫번째 효소이고 L-페닐알라닌으로부터 (pro-3S)-수소 및 -NH3+의 제거를 촉매하여 트랜스-신남산을 형성한다. 이. 콜라이의 두 균주가 본 실시예에서 비교되었다: 로도스포리듐 토룰로이데스 PAL 효소(US6368837)의 EP18Km-6 돌연변이주에 대한 코딩 영역을 함유하는 pET-24d 플라스미드인 pETAL 제작물로 형질전환된 이. 콜라이 BL21(DE3)(Novagen, Madison, Wisconsin); 및 pET-24d 플라스미드로 형질전환된 이. 콜라이 BL21 (DE3)(Novagen, Madison, Wisconsin). 후자의 균주는 검출가능한 PAL/TAL 활성을 갖지 않는 대조 군로서의 역할을 하였다.Phenylalanine ammonia-degrading enzyme (PAL) (EC 4.3.1.5) is used for plants (Koukol et al. , J. Biol. Chem. 236: 2692-2698 (1961)), fungi (Bandoni et al. , Phytochemistry 7: 205-207 (1968) ), Yeast (Ogata et al. , Agric. Biol. Chem. 31: 200-206 (1967)) and Streptomyces (Emes et al. , Can. J. Biochem. 48: 613-622 (1970)), , Escherichia coli or mammalian cells (Hanson and Havir in The Enzymes , 3rd ed .; Boyer, P., Ed .; Academic: New York, 1967; pp 75-167). PAL is the first enzyme of phenylpropanoid metabolism and catalyzes the removal of (pro-3S) -hydrogen and -NH3 + from L-phenylalanine to form trans-cinnamic acid. this. Two strains of E. coli were compared in this example: E. coli transformed with the pETAL construct, a pET-24d plasmid containing the coding region for the EP18Km-6 mutant of the Rhodosporidium toluloides PAL enzyme (US6368837). E. coli BL21 (DE3) (Novagen, Madison, Wisconsin); And E. transformed with pET-24d plasmid. E. coli BL21 (DE3) from Novagen, Madison, Wisconsin. The latter strain served as a control group without detectable PAL / TAL activity.

수성 배양물로서 pETAL 및 pET-24d 이. 콜라이의 제조 및 성장As an aqueous culture pETAL and pET-24d E. Manufacturing and growing coli

액체 배양물에서 pETAL 및 pET-24d 균주가 성장하기 위해서, 25 mg/L의 카나마이신 및 1 mM의 IPTG를 갖는 5 mL의 LB 배지를 글리세롤 저장액으로부터의 각 균주와 함께 접종하고 300 RPM으로 흔들면서 38℃에서 밤새 성장시켰다. 다음 날 아침, 배양물의 O.D.(600 nm)가 ~2.0에 도달했을 때, 상기 배양물을 10,000 RPM에서 10 분 동안 원심분리하고, 그 펠렛을 물 또는 KOH로 ~pH 7로 조절한 4 mM 페닐알라닌 중에 재현탁시켰다. 상기 혼합물을 38℃에서 더 항온처리하고, 1 mL의 분액을 6 시간 및 24 시간에 취하였다. 이들을 ToF-SIMS 및 HPLC로 분석하기 전에 얼음 상에 저장하였다. In order to grow pETAL and pET-24d strains in liquid culture, 5 mL of LB medium with 25 mg / L kanamycin and 1 mM IPTG was inoculated with each strain from the glycerol stock and shaken at 300 RPM. Growing overnight at 38 ° C. The next morning, when the OD (600 nm) of the culture reached ˜2.0, the culture was centrifuged at 10,000 RPM for 10 minutes and the pellet in 4 mM phenylalanine adjusted to ˜pH 7 with water or KOH. Resuspend. The mixture was further incubated at 38 ° C. and 1 mL aliquots were taken at 6 and 24 hours. These were stored on ice before analysis by ToF-SIMS and HPLC.

수성 이. 콜라이 배양물 시료의 준비 및 ToF-SIMS 분석용 진공 쳄버 내로의 도입:Mercury Lee. Preparation of E. coli culture samples and introduction into vacuum chamber for ToF-SIMS analysis:

페닐알라닌의 존재 및 부재 하에 6 시간 및 24 시간 동안 성장한 pETAL의 여과되지 않고 개질되지 않은 수성 배양물 10 μL를 에펜도르프(Eppendorf) 피펫 시스템을 이용하여 각각 깨끗한 실리콘 웨이퍼 조각(Virginia Semiconductor, Fredericksburg, VA)으로 옮겼다. 상기 미세방울을 공기 중에서 증발하도록 둔 다음, 실리콘 웨이퍼 조각을 스텐레스 스틸 원형 "퍽" 위에 올려놓고 앞에 기재된 바와 같이 PHI 모델 7200 ToF-SIMS 기기 (Physical Electronics, Eden Prairie, MN) 내로 도입하였다.10 μL of an unfiltered, unmodified aqueous culture of pETAL grown for 6 and 24 hours in the presence and absence of phenylalanine was removed from a clean silicon wafer piece (Virginia Semiconductor, Fredericksburg, VA) using an Eppendorf pipette system, respectively. Moved to. The droplets were allowed to evaporate in air and then a piece of silicon wafer was placed on a stainless steel circular “puck” and introduced into a PHI model 7200 ToF-SIMS instrument (Physical Electronics, Eden Prairie, MN) as described previously.

pETAL 수성 배양물로부터 신남산 생성물의 ToF-SIMS 검출:ToF-SIMS detection of cinnamic acid product from pETAL aqueous culture:

실리콘 웨이퍼 상의 각각의 증발된 수성 배양물 미세방울의 크기는 직경 5 mm 정도였다. 건조된 미세방울의 200 x 200 μm2 면적을 세슘 주요 이온원, 전하 보상을 위한 펄스화된 전자 분출 총 및 이온 반사체 형의 분광계를 이용하여 분석하였다. 6-시간 및 24-시간 페닐알라닌-공급된 배양물로부터의 음성 ToF-SIMS 데이터는 페닐알라닌(도 6B, D)을 나타내는 m/z 164에서의 분자상 2차적 이온 및 페닐알라닌의 TAL 효소 변환으로부터의 신남산 생성물을 나타내는 m/z 147에서의 분자상 2차적 이온을 나타내었다. 페닐알라닌 이온 피크에 대하여 상대적인 신남산 이온 피크의 강도는 6 시간 배양물에 비하여 24 시간 배양물의 경우에 더 컸다. m/z 164 또는 147에서의 이온 모두가 페닐알라닌이 공급되지 않은 6-시간 및 24-시간 배양물에서 발견되지 않았다 (도 6A, D).The size of each evaporated aqueous culture microdrop on the silicon wafer was about 5 mm in diameter. The 200 x 200 μm 2 area of the dried microdroplets was analyzed using a cesium main ion source, pulsed electron ejection gun for charge compensation, and an ion reflector type spectrometer. Negative ToF-SIMS data from 6-hour and 24-hour phenylalanine-supplied cultures showed molecular from secondary ions at m / z 164 showing phenylalanine (FIGS. 6B, D) and the leucine from TAL enzyme conversion of phenylalanine. Molecular secondary ions at m / z 147, representing the Namsan product. The intensity of the cinnamic acid ion peak relative to the phenylalanine ion peak was greater for the 24 hour culture compared to the 6 hour culture. None of the ions at m / z 164 or 147 were found in 6-hour and 24-hour cultures without phenylalanine (Figure 6A, D).

pETAL 수성 배양물로부터 신남산 생성물의 HPLC 검출:HPLC detection of cinnamic acid product from pETAL aqueous culture:

페닐알라닌에 재현탁되고 6 또는 24 시간 동안 항온처리된 pETAL 및 pET-24d의 수성 배양물을 신남산 생성에 대하여 HPLC 분석하였다. 각각의 수성 혼합물 0.1 mL를 10 분 동안 마이크로퓨지(microfuge)하여 세포를 제거하고 상청액 10 μL를 조박스(Zorbax) ODS 컬럼(3 μm 입자, 6.2 mm x 8 cm 컬럼)이 장치된 휴렛-패커드(Hewlett-Packard) 모델 1050 HPLC 내에 주입하고, 둘 다 0.1% 포름산(10 분내 5% 내지 80% 아세토니트릴)을 함유하는 수중 아세토니트릴의 선형 구배로 10 분에 걸쳐 전개하였다. 신남산을 uv 흡수로 검출하고 신남산 표준(Sigma Chemical, St. Louis, MO)에 대비하여 정량화하였다. Aqueous cultures of pETAL and pET-24d resuspended in phenylalanine and incubated for 6 or 24 hours were subjected to HPLC analysis for cinnamic acid production. 0.1 mL of each aqueous mixture was microfuge for 10 minutes to remove cells and 10 μL of supernatant was Hewlett-Packard equipped with Zorbax ODS column (3 μm particles, 6.2 mm × 8 cm column). Hewlett-Packard) Model 1050 HPLC was injected and developed over 10 minutes with a linear gradient of acetonitrile in water containing 0.1% formic acid (5% to 80% acetonitrile in 10 minutes). Cinnamic acid was detected by uv absorption and quantified against Cinnamic acid standard (Sigma Chemical, St. Louis, MO).

pETAL의 6 시간 수성 배양물은 0.9 mM의 신남산을 함유하였고, 24 시간 시료는 1.6 mM을 함유하였다. pET-24d 배양물로부터의 시료에서는 신남산이 검출되지 않았다. 따라서 신남산의 HPLC 검출은 pETAL의 6 시간 및 24 시간 시료에서 신남산의 ToF-SIMS 검출과 관련이 있었다.The 6 hour aqueous culture of pETAL contained 0.9 mM cinnamic acid and the 24 hour sample contained 1.6 mM. No cinnamic acid was detected in the samples from the pET-24d culture. Thus, HPLC detection of cinnamic acid was associated with ToF-SIMS detection of cinnamic acid in 6 and 24 hour samples of pETAL.

수포르(등록상표) 폴리에테르술폰 막 위에서 pETAL 및 pET-24d 이. 콜라이 콜로니의 제조 및 성장:PETAL and pET-24d E. coli on Supor® polyethersulfone membranes. Preparation and growth of coli colonies:

25 mg/L의 카나마이신을 함유하는 LB 한천의 페트리 접시(10 cm 직경)에 30 μL의 100 mM IPTG를 펴바르고, 5 분 동안 공기 건조되도록 둔 다음 90 mm 원형의 수포르(등록상표) 폴리에테르술폰 막을 그 위에 놓았다. pETAL 및 pET-24d 배양물의 글리세롤 저장액을 평판 당 ~600 개 콜로니가 되도록 충분히 희석하고, 순수한 pETAL, 순수한 pET-24d 및 1:1 혼합물을 각각 막 표면 위에 펴발랐다. 38℃에서 밤새 성장시킨 후, 상단에 각 종류의 콜로니를 갖는 막을, KOH로 pH를 7로 조절한 4 mM 페닐알라닌을 함유하는 한천으로 옮기고, 38℃에서 24 시간 동안 더 항온처리하였다. Spread 30 μL of 100 mM IPTG on a Petri dish (10 cm diameter) of LB agar containing 25 mg / L kanamycin, allow to air dry for 5 minutes and then 90 mm round Sufor® Polyether. The sulfone membrane was placed on it. Glycerol stocks of pETAL and pET-24d cultures were diluted sufficiently to ˜600 colonies per plate and pure pETAL, pure pET-24d and 1: 1 mixtures were spread over the membrane surface, respectively. After growing overnight at 38 ° C., the membranes with each type of colony on top were transferred to agar containing 4 mM phenylalanine adjusted to pH 7 with KOH and further incubated at 38 ° C. for 24 hours.

콜로니의 ToF-SIMS 분석용 진공 쳄버 내로의 도입:Introduction of colonies into vacuum chambers for ToF-SIMS analysis:

각각의 분석용 수포르(등록상표) 폴리에테르술폰 막 1 cm2 부분을 다시 절단하고, 성장 배지로부터 벗겨내어 막 위에 몰리브덴 마스크를 나사로 고정시킴으로써 스텐레스 스틸 원형 "퍽" 위에 놓았다. 다음 시료를 앞에서 기재한 바와 같이 PHI 모델 7200 ToF-SIMS 기기(Physical Electronics, Eden Prairie, MN) 내로 도입 하였다. A 1 cm 2 portion of each analytical Supor® polyethersulfone membrane was cut again, peeled off the growth medium and placed on a stainless steel circular "puck" by screwing a molybdenum mask onto the membrane. The following samples were introduced into a PHI model 7200 ToF-SIMS instrument (Physical Electronics, Eden Prairie, MN) as previously described.

분광학적 차이를 기초로 한, pETAL 대 pET-24d 콜로니의 ToF-SIMS 구별:Based on spectroscopic differences, ToF-SIMS distinction of pETAL versus pET-24d colonies:

페닐알라닌을 함유하는 배지로 전이된 pETAL 및 pET-24d 콜로니의 혼합물을 갖는 막 위에서, 세슘 주요 이온원, 전하 보상용 펄스화된 전자 분출 총 및 이온 반사체 형의 분광계를 이용하여 11 개의 개별 콜로니를 분석하였다. 각 콜로니를 위해 채취된 면적은 200 x 200 μm2이었다.Eleven individual colonies were analyzed on a membrane with a mixture of pETAL and pET-24d colonies transferred to medium containing phenylalanine using a cesium main ion source, pulsed electron ejection gun for charge compensation, and an ion reflector type spectrometer. It was. The area taken for each colony was 200 × 200 μm 2 .

m/z 147에서 신남산 음성 분자상 2차적 이온은 폴리에테르술폰 막 위에서 성장한 pETAL 콜로니로부터 수득된 ToF-SIMS 스펙트럼에서 관찰되지 않았다. 양성 및 음성 ToF-SIMS 데이터를 평균-중심화하고 주요 성분 분석(PCA) (MATLAB Version 5.3, The Mathworks, Inc., Natick, MA.와 연관된 PLS_Toolbox Version 2.0, Eigenvector Research, Inc., Manson, WA)에 대한 입력 데이터로 사용하였다. 그 후 상기 분석의 출력을 다변수 곡선 분리 루틴(PLS_Toolbox, MATLAB)으로 공급하였다. 당업자에게 친숙한 상기 처리는 스펙트럼 데이터에서 변동을 나타내는 인자들을 확인하였다. 인자 1 및 인자 2는 분석된 11 개의 콜로니에 대하여 상이한 강도, 또는 "농도"를 나타내었다(도 6A). 구체적으로, 콜로니 1, 5, 8, 9 및 11은 인자 1에 의해서는 상이한 정도로 표현되지만 하지만 인자 2에 의해서는 표현되지 않는 한편, 콜로니 2, 3, 4, 6, 7 및 10은 인자 2에 의해서는 상이한 정도로 표현되지만 인자 1에 의해서는 표현되지 않는다. 상기 두 인자와 연관된 음성 ToF-SIMS 계산된 스펙트럼은 약 150 내지 350 m/z (도 7B, C) 사이에서 지방산 분포에 주된 스펙트럼 차이를 나타내었다. 따라서 ToF-SIMS 데이터는 두 특징적으로 상이한 콜로니 유형을 확인하였다.Secondary ions on cinnamic acid negative molecules at m / z 147 were not observed in ToF-SIMS spectra obtained from pETAL colonies grown on polyethersulfone membranes. Average-centered positive and negative ToF-SIMS data and performed on Principal Component Analysis (PCA) (PLS_Toolbox Version 2.0, Eigenvector Research, Inc., Manson, WA) associated with MATLAB Version 5.3, The Mathworks, Inc., Natick, MA. Used as input data. The output of the analysis was then fed to a multivariate curve separation routine (PLS_Toolbox, MATLAB). The treatment, familiar to those skilled in the art, has identified factors indicative of variation in spectral data. Factor 1 and Factor 2 showed different intensities, or “concentrations” for the 11 colonies analyzed (FIG. 6A). Specifically, colonies 1, 5, 8, 9, and 11 are expressed to different degrees by factor 1 but not by factor 2, while colonies 2, 3, 4, 6, 7 and 10 are assigned to factor 2 By different degrees, but not by factor 1. The negative ToF-SIMS calculated spectra associated with these two factors showed a major spectral difference in fatty acid distribution between about 150 and 350 m / z (FIG. 7B, C). The ToF-SIMS data thus identified two distinctly different colony types.

페닐알라닌과 함께 배지로 전이된 별도의 폴리에테르술폰 막 위에서 성장한 pETAL 및 pET-24d 콜로니에 대하여 동일한 분석이 수행되었다. 수집된 데이터에서, pETAL 콜로니가 인자 2에 의해 표현되었고, pET-24d 콜로니는 인자 1에 의해 표현되었다. 뿐만 아니라, pETAL 및 pET-24d 콜로니로부터의 음성 ToF-SIMS 데이터는 각각 인자 2 및 인자 1에 의해 나타난 스펙트럼 패턴을 보여주었다. 따라서, 신남산을 생성하는 콜로니와 신남산을 생성하지 않는 콜로니는 별도의 개체군 중 막 위에서 성장할 경우, 및 또한 조합되고 어레이된 유기체의 개체군에서 성장할 경우에 구별되었다. ToF-SIMS는 생성물 신호의 직접적인 검출 없이도 저분자량의 수용성 생성물(신남산)을 생성하도록 처리된 이. 콜라이들 사이에 구별이 가능하였다.The same assay was performed on pETAL and pET-24d colonies grown on separate polyethersulfone membranes transferred to media with phenylalanine. In the collected data, pETAL colonies were represented by factor 2 and pET-24d colonies were expressed by factor 1. In addition, negative ToF-SIMS data from pETAL and pET-24d colonies showed the spectral patterns represented by factor 2 and factor 1, respectively. Thus, colonies that produce cinnamic acid and colonies that do not produce cinnamic acid were distinguished when grown on membranes in separate populations, and also when growing in populations of combined and arrayed organisms. ToF-SIMS was treated to produce low molecular weight water soluble products (cinnamic acid) without direct detection of product signals. Distinguishing between the coli was possible.

실시예 4Example 4

이. 콜라이에서 5 종의 β-갈락토시다아제-절단된 생성물의 ToF-SIMS 검출this. ToF-SIMS detection of five β-galactosidase-cut products in E. coli

본 실시예는 반응물의 β-갈락토시다아제-절단에 근거한 이. 콜라이에 의해 합성된 생성물의 범위에 대한 ToF-SIMS 분석의 유용성을 보여준다. 생성물은 4-메틸움벨리페릴-β-D-갈락토피라노시드(MUG, Sigma, ST. Louis, MO)의 절단으로부터 제조된 메틸 움벨리페론(MU) 및 2-니트로페닐-β-D-갈락토피라노시드(2NPG, Sigma, St. Louis, MO)의 절단으로부터 제조된 오르토-니트로페놀(NP), 뿐만 아니라 3,4-시클로헥센오에스큘레틴(cyclohexeneoesculetin)-β-D-갈락토피라노시드(S-Gal; Sigma, St. Louis, MO), 5-브로모-3-인돌릴-β-D-갈락토피라노시드 (Bluo-Gal; Sigma, St. Louis, MO) 및 X-Gal (Sigma, St. Louis, MO)의 대사산물을 포함하였다. MU, NP 및 S-Gal 생성물은 분자량 및 신남산에 대한 용해도가 유사하였다. 반응물을 제공할 필요가 없이 β-갈락토시다아제(GAL)를 발현하는 이. 콜라이를 GAL을 발현하지 않는 이. 콜라이로부터 구별하는 능력이 또한 증명되었다. This example is based on β-galactosidase-cleaving of the reactants. Shows the utility of ToF-SIMS analysis on the range of products synthesized by E. coli. The product was methyl umbelliferone (MU) and 2-nitrophenyl-β-D prepared from the cleavage of 4-methylumbeliferyl-β-D-galactopyranoside (MUG, Sigma, ST. Louis, MO). Ortho-nitrophenol (NP) prepared from cleavage of galactopyranoside (2NPG, Sigma, St. Louis, MO), as well as 3,4-cyclohexeneoesculetin-β-D-gal Lactopyranoside (S-Gal; Sigma, St. Louis, MO), 5-bromo-3-indolyl-β-D-galactopyranoside (Bluo-Gal; Sigma, St. Louis, MO) And metabolites of X-Gal (Sigma, St. Louis, Mo.). The MU, NP and S-Gal products had similar molecular weight and solubility in cinnamic acid. E. coli expressing β-galactosidase (GAL) without the need to provide a reactant. E. coli does not express GAL. The ability to distinguish from E. coli has also been demonstrated.

β-갈락토시다아제 생성물의 제조를 위한 수포르(등록상표) 폴리에테르술폰 막 위에서 이. 콜라이 콜로니의 제조 및 성장E. coli on the Supor® polyethersulfone membrane for the preparation of β-galactosidase products. Preparation and growth of coli colonies

실시예 1에 기재된 이. 콜라이 라이브러리로부터, 단일의 청색 (GAL+) 및 단일의 백색(GAL-) 콜로니를 취하고, 100 μg/ml의 앰피실린이 보충된 5 mL의 액체 LB 배양물 배지를 접종하고 300 RPM에서 흔들면서 37℃에서 밤새 성장시킴으로써, β-갈락토시다아제 활성을 발현하는 이. 콜라이("GAL+") 및 β-갈락토시다아제 활성을 갖지 않는 이. 콜라이("GAL-")의 순수 배양물을 제조하였다. 상기 배양물은 실시예 1에서와 같이 앰피실린, IPTG 및 X-Gal을 갖는 LB 배지 상에 평판배양함으로써 순수하게 GAL+ 또는 GAL-임이 각각 입증되었다. 상기 GAL+ 및 GAL- 배양물을 성장 배지와 접촉하는 수포르(등록상표) 폴리에테르술폰 막 위에 각각 펴발랐다. 기본 성장 배지는 100 mM 이소프로필티오갈락토시드 (IPTG) 수용액 30 μL로 덮인 100 μg/mL의 앰피실린을 갖는 ~20 mL LB 한천으로 구성되었다. 각각의 이. 콜라이 균주에 대하여, 어떠한 반응물도 없는 성장 배지 상에 하나의 막이 제조되고, 5 가지 반응물을 각각 함유하는 성장 배지 상에 하나의 막이 제조되었다. 반응물이 첨가될 때, 40 μL의 용액을 상기 기본 배지 위에 놓고, 15 분 동안 공기 건조되도록 두었다. X-gal (20 mg/mL), Bluo-Gal (20 mg/mL), MUG (10 mg/mL) 및 2 NPG (50 mg/mL)를 디메틸포름아미드에 용해시켰다. S-Gal (20 mg/mL)는 물에 용해시켰다. 상기 평판을 38℃에서 밤새 항온처리하였다. E. described in Example 1. From E. coli library, a single blue color (GAL +) and one of the white (GAL -) while taking the colonies, and inoculated into a liquid LB culture medium of 5 mL is ampicillin 100 μg / ml supplemented with shaking at 300 RPM 37 E. coli expressing β-galactosidase activity by growing overnight at & lt ; RTI ID = 0.0 &gt; E. coli (“GAL + ”) and E. coli without β-galactosidase activity. Pure cultures of E. coli (“GAL ”) were prepared. The culture was proved to be pure GAL + or GAL by plating on LB medium with ampicillin, IPTG and X-Gal, respectively, as in Example 1. The GAL + and GAL cultures were spread on the Supor® polyethersulfone membrane, respectively, in contact with the growth medium. The basal growth medium consisted of ˜20 mL LB agar with 100 μg / mL ampicillin covered with 30 μL of 100 mM isopropylthiogalactoside (IPTG) aqueous solution. Each tooth. For E. coli strains, one membrane was prepared on the growth medium without any reactants and one membrane on the growth medium containing each of the five reactants. When the reaction was added, 40 μL of solution was placed on the basal medium and allowed to air dry for 15 minutes. X-gal (20 mg / mL), Bluo-Gal (20 mg / mL), MUG (10 mg / mL) and 2 NPG (50 mg / mL) were dissolved in dimethylformamide. S-Gal (20 mg / mL) was dissolved in water. The plate was incubated overnight at 38 ° C.

ToF-SIMS 분석용 진공 쳄버 내로 콜로니의 도입:Introduction of colonies into vacuum chambers for ToF-SIMS analysis:

각 어레이에 대하여 수포르(등록상표) 폴리에테르술폰 막의 1 cm2 부분을 절단하고, 성장 배지로부터 벗겨 내어 막 위에 몰리브덴 마스크를 나사로 고정시킴으로써 스텐레스 스틸 원형 "퍽" 위에 놓았다. 다음 시료를 앞에서 기재한 바와 같이 PHI 모델 7200 ToF-SIMS 기기(Physical Electronics, Eden Prairie, MN) 내로 도입하였다. For each array a 1 cm 2 portion of the Supor® polyethersulfone membrane was cut, peeled off from the growth medium and placed on a stainless steel circular "puck" by screwing the molybdenum mask onto the membrane. The following samples were introduced into a PHI Model 7200 ToF-SIMS instrument (Physical Electronics, Eden Prairie, MN) as previously described.

β-갈락토시다아제를 갖거나 갖지 않는, MUG 또는 NPG가 공급되거나 공급되지 않은 이. 콜라이의 ToF-SIMS 구별:E. with or without MUG or NPG, with or without β-galactosidase. Coli's ToF-SIMS distinction:

이. 콜라이 GAL+ - 반응물 무함유, 이. 콜라이 GAL+ + MUG, 이. 콜라이 GAL- - 반응물 무함유, 및 이. 콜라이 GAL- + MUG의 각 어레이 상에 3 또는 4 개의 콜로니를, 세슘 주요 이온원, 전하 보상용 펄스화된 전자 분출 총 및 이온 반사체 형의 분광계를 이용하여 분석하였다. 각 콜로니에 대해 채취된 면적은 200 x 200 μm2이었다. 음성 ToF-SIMS 데이터를 표준화 및 평균 중심화한 다음, 당업자에게 공지된 바와 같이 주요 성분 분석(PCA)(PLS_Toolbox, Eigenvector Research, Inc., Manson, WA)에 대한 데이터세트로 사용하였다.this. E. coli GAL + -free of reactants. E. coli GAL + + MUG, this. E. coli GAL -- free of reactants, and 2. Coli GAL - the three or four colonies on each array of MUG +, were analyzed by the main cesium ion source, the charge compensation pulsed electron ejection gun and the ion spectrometer of the reflector type for. The area taken for each colony was 200 × 200 μm 2 . Negative ToF-SIMS data was normalized and averaged and then used as a dataset for Principal Component Analysis (PCA) (PLS_Toolbox, Eigenvector Research, Inc., Manson, WA) as known to those skilled in the art.

상기 PCA는 각 시료에 대하여 각 주요 성분의 점수를 부여하였는데, 이는 각 시료에 대한 각 주요 성분의 중요성을 나타내었다. 각 콜로니의 경우 주요 성분 #1, 2 및 3에 대한 점수를 3-차원 맵으로 플롯하였다(도 8). 상기 도면에서, 각 종류의 이. 콜라이 및 반응물 조건에 대하여 3-4 개 콜로니로 된 세트 주위에 원이 그려졌다. 원들 사이에 중첩이 없었으며, 이는 상기 데이터가 콜로니 세트 사이를 구별하였음을 의미하였다. ToF-SIMS는 다음을 구별하였다:The PCA scored each major component for each sample, indicating the importance of each major component for each sample. For each colony the scores for major components # 1, 2 and 3 were plotted on a three-dimensional map (FIG. 8). In the figure, each kind of tooth. Circles were drawn around the set of 3-4 colonies for the coli and reactant conditions. There was no overlap between the circles, meaning that the data distinguished between colony sets. ToF-SIMS distinguished:

·둘다 MUG 반응물이 공급된 경우, β-갈락토시다아제 효소를 발현하는 이. 콜라이와 발현하지 않는 이. 콜라이.Both E. coli expressing β-galactosidase enzyme when the MUG reactant is supplied. Coli and Toothless. Coli.

·반응물이 도입되지 않았을지라도, β-갈락토시다아제 효소를 발현하는 이. 콜라이와 발현하지 않는 이. 콜라이. E. expressing β-galactosidase enzyme, even if no reactant was introduced. Coli and Toothless. Coli.

·MUG 반응물이 공급된 β-갈락토시다아제 효소를 발현하는 이. 콜라이와 MUG 반응물이 공급되지 않은 β-갈락토시다아제 효소를 발현하는 이. 콜라이.E. coli expressing β-galactosidase enzyme supplied with a MUG reactant. E. coli expressing β-galactosidase enzyme not supplied with the MUG reactant. Coli.

β-갈락토시다아제 효소를 발현하는 이. 콜라이와 발현하지 않는 이. 콜라이를 구별하는 것이 MUG 반응물의 존재 및 부재 하에 일어났다. Namely, E. expressing β-galactosidase enzyme. Coli and Toothless. Distinguishing E. coli occurred in the presence and absence of the MUG reactant.

이. 콜라이 GAL+ + NPG 및 이. 콜라이 GAL- + NPG의 각 어레이 위에 3 또는 4 개 콜로니를 상기와 동일한 ToF-SIMS 조건으로 분석하였다. 이 데이터를 상기 이. 콜라이 GAL+ - 반응물 무함유 및 이. 콜라이 GAL- - 반응물 무함유 데이터와 조 합하고 위와 같이 분석하였다. 상기 데이터세트에 대한 주요 성분 # 1, 2 및 3(상기 주요 성분 #1, 2 및 3과는 다름)을 위와 같이 플롯하였다 (도 9). ToF-SIMS 데이터는 다음을 구별하였다:this. E. coli GAL + + NPG. Coli GAL - were analyzed three or four colonies on each array of + NPG in the same conditions as in the ToF-SIMS. This data reminds you of this. E. coli GAL + -free of reactants and 2. E. coli GAL -- Reactant free data were combined and analyzed as above. Principal Components # 1, 2 and 3 (different from Principal Components # 1, 2 and 3) for the dataset were plotted as above (FIG. 9). ToF-SIMS data distinguished:

·둘다 NPG 반응물이 공급된 경우, β-갈락토시다아제 효소를 발현하는 이. 콜라이와 발현하지 않는 이. 콜라이.Both E. coli expressing β-galactosidase enzyme when NPG reactants were supplied. Coli and Toothless. Coli.

·반응물이 도입되지 않을지라도, β-갈락토시다아제 효소를 발현하는 이. 콜라이와 발현하지 않는 이. 콜라이. E. expressing β-galactosidase enzyme, even if no reactant is introduced. Coli and Toothless. Coli.

β-갈락토시다아제를 발현하는 이. 콜라이와 발현하지 않는 이. 콜라이를 구별하는 것이 NPG 반응물의 존재 및 부재 하에 일어났다. NPG 반응물이 공급된 β-갈락토시다아제 효소를 발현하는 이. 콜라이 및 NPG 반응물이 공급되지 않은 β-갈락토시다아제 효소를 발현하는 이. 콜라이에 대한 시료 세트 주변의 원이 중첩되었으며, 이는 ToF-SIMS가 상기 콜로니 형태 사이를 구별하지 못했음을 의미한다. 상기 결과는 NPG와의 β-갈락토시다아제 효소 반응 생성물이 진공에 안정하지 못한 2-니트로페놀이므로 생성되는 대로 펌프 배출될 것이 예상된 것으로 설명된다. ToF-SIMS 데이터의 PCA가 이러한 예상을 확인한 사실이 ToF-SIMS 분석의 가치를 지지하였다.Ie , E. coli expressing β-galactosidase . Coli and Toothless. Distinguishing E. coli occurred in the presence and absence of NPG reactants. E. coli expressing β-galactosidase enzyme fed NPG reactant. E. coli and NPG reactants expressing β-galactosidase enzymes not supplied. Circles around the sample set for E. coli overlap, meaning that ToF-SIMS did not distinguish between the colony forms. The results demonstrate that the β-galactosidase enzyme reaction product with NPG is expected to be pumped out as it is produced since it is 2-nitrophenol that is not stable in vacuum. The fact that the PCA of the ToF-SIMS data confirmed these expectations supported the value of the ToF-SIMS analysis.

이. 콜라이 GAL+ + S-Gal 및 이. 콜라이 GAL+ + Bluo-Gal 및 이. 콜라이 GAL+ + X-Gal의 각 어레이 상의 2 내지 4 개 콜로니를 위와 동일한 ToF-SIMS 조건으로 분석하였다. 음성 ToF-SIMS 데이터가 상기 이. 콜라이 GAL+ 반응물 무함유, 이. 콜라이 GAL+ + MUG 및 이. 콜라이 GAL+ + NPG 데이터로부터의 음성 ToF-SIMS 데이터와 조합되어 위와 같이 분석되었다. 음성 ToF-SIMS 데이터를 표준화 및 평균 중심화한 다음 주요 성분 분석(PCA) 및 다변수 곡선 분리(MCR)(PLS_Toolbox, Eigenvector Research, Inc., Manson, WA)를 위한 입력 데이터로 사용하였다. 당업자에게 친숙한 상기 처리는 스펙트럼 데이터에서의 변동과 관련된 인자들을 확인하였다. 인자 1, 2, 3, 4 및 5는 분석된 콜로니에 대하여 상이한 강도 또는 "농도"를 나타냈다(도 10). 구체적으로, 인자 1은 이. 콜라이 GAL+ 반응물 무함유 및 이. 콜라이 GAL+ + NPG 형의 콜로니를 표현하였고, 인자 2는 이. 콜라이 GAL+ + MUG 형의 콜로니를 표현하였으며, 인자 3은 이. 콜라이 GAL+ + Bluo-Gal 형의 콜로니를 표현하였고, 인자 4는 이. 콜라이 GAL+ + S-Gal 형의 콜로니를 표현하였고, 인자 5는 이. 콜라이 GAL+ + X-Gal 형의 콜로니를 표현하였다. 상기 5 개 인자와 관련된 음성 ToF-SIMS 계산된 스펙트럼은 주된 스펙트럼 차이를 나타냈다(도 10). 따라서 ToF-SIMS 데이터는 5 개의 특징적으로 상이한 콜로니 형을 확인하였다. 인자 1에 의한 이. 콜라이 GAL+ 및 이. 콜라이 GAL+ + NPG의 표현은, 이. 콜라이 GAL+ + NPG 및 이. 콜라이 GAL+ 반응물 무함유 사이에 중첩을 나타낸 전술한 PCA 단독으로부터의 결과와 일치한다.this. E. coli GAL + + S-Gal and Yi. E. coli GAL + + Bluo-Gal and Lee. Two to four colonies on each array of E. coli GAL + + X-Gal were analyzed with the same ToF-SIMS conditions as above. Voice ToF-SIMS data is the same. E. coli GAL + free of reactants, E. E. coli GAL + + MUG and this. The analysis was performed as above in combination with negative ToF-SIMS data from E. coli GAL + + NPG data. Negative ToF-SIMS data was normalized and averaged and then used as input data for principal component analysis (PCA) and multivariate curve separation (MCR) (PLS_Toolbox, Eigenvector Research, Inc., Manson, WA). The treatment, which is familiar to those skilled in the art, has identified factors related to the variation in the spectral data. Factors 1, 2, 3, 4 and 5 showed different intensities or “concentrations” for the colonies analyzed (FIG. 10). Specifically, factor 1 is E. E. coli GAL + no reactants and 2. E. coli GAL + + NPG type colonies were expressed, factor 2 is E. coli. E. coli GAL + + MUG type colonies, factor 3 is E. E. coli GAL + + represents a colony of Bluo-Gal type, factor 4 is E. E. coli GAL + + S-Gal type colonies were expressed, factor 5 is E. E. coli GAL + + X-Gal type colonies were expressed. Negative ToF-SIMS calculated spectra associated with the five factors showed a major spectral difference (FIG. 10). Thus, ToF-SIMS data identified five distinctly different colony types. By factor 1. E. coli GAL + and Yi. The expression of E. coli GAL + + NPG is this. E. coli GAL + + NPG. This is consistent with the results from the aforementioned PCA alone, which showed overlap between E. coli GAL + reactant free.

생성물 음성 분자상 2차적 이온의 검출은 반응물 Bluo-Gal, S-Gal 및 X-Gal 과 함께 β-갈락토시다아제를 발현하는 이. 콜라이의 구별을 위한 기초를 제공하였다. 구체적으로, 인자 3은 Bluo-GAL로부터의 절단된 생성물의 이량체의 분자량과 일치하는 m/z 420 근처에서 현저한 특성을 나타냈다. 인자 4는 S-GAL의 절단된 생성물의 분자량과 일치하는 m/z 231에서 현저한 특성을 나타냈다. 인자 5는 X-GAL의 절단된 생성물의 이량체의 분자량과 일치하는 m/z 486에서 현저한 특성을 나타냈다.The detection of secondary ions on the product negative molecular is performed by E. coli expressing β-galactosidase with the reactants Bluo-Gal, S-Gal and X-Gal. It provided a basis for the distinction of E. coli. Specifically, factor 3 showed significant properties near m / z 420, which is consistent with the molecular weight of the dimer of the cleaved product from Bluo-GAL. Factor 4 showed significant properties at m / z 231 which matched the molecular weight of the cleaved product of S-GAL. Factor 5 showed significant properties at m / z 486, consistent with the molecular weight of the dimer of the cleaved product of X-GAL.

이. 콜라이 GAL+ + MUG 콜로니 형에 대한 스펙트럼 패턴은 다른 콜로니 형으로부터 쉽게 구별되었지만 상기 스펙트럼 패턴은 MU에 대한 분자 이온을 나타내지는 않았다. ToF-SIMS 데이터는 MU 생성과 관련된 특이적 스펙트럼 패턴을 제공하였다. 이는 실시예 3에서 논의된 신남산이 생성되는 경우와 유사하다.this. The spectral pattern for the E. coli GAL + + MUG colony type was easily distinguished from other colony types, but the spectral pattern did not show molecular ions for MU. ToF-SIMS data provided specific spectral patterns related to MU production. This is similar to the case where cinnamic acid discussed in Example 3 is produced.

즉, 생성물-특이적 2차적 이온의 검출을 통해서 또는 특정 스펙트럼 패턴의 인식을 통해, ToF-SIMS가 일정 범위의 이. 콜라이-합성된 생성물을 분석할 수 있었음이 보여졌다. That is, through detection of product-specific secondary ions or through recognition of specific spectral patterns, ToF-SIMS results in a range of E. coli. It was shown that coli-synthesized products could be analyzed.

실시예 5Example 5

어레이에서 상이한 지방산 프로파일을 생성하는 야로위야 리포리티카(Yarrowy lipolytica, which produces different fatty acid profiles in an array ( Yarrowia lipolyticaYarrowia lipolytica ) 콜로니의 ToF-SIMS 검출) ToF-SIMS detection of colonies

본 실시예는 야생형 야로위야의 것과는 상이한 지방산 프로파일을 생성하도록 처리된 야로위야 리포리티카 균주와 관련되고, 이는 통상적으로 구별을 위해 광범위한 시료 준비 및 후속의 기체 크로마토그래피에 의한 분석을 필요로 한다. ToF-SIMS 방법은 지방산 조성의 차이의 검출에 근거하여 상기 균주와 야생형 사이 를 구별할 수 있다. 본 실시예는 또한, 돌연변이 콜렉션을 분석하는 데 사용하기 위한 ToF-SIMS에 의한 유기체의 콜렉션을 분석하는데 사용될 수 있는 기술인, 콜로니 복제물의 준비 및 분석을 보여준다.This example relates to a Yarrowia lipolytica strain that has been treated to produce a fatty acid profile different from that of wild type Yarrowia, which typically requires extensive sample preparation and subsequent gas chromatography analysis to distinguish. The ToF-SIMS method can distinguish between the strain and wild type based on detection of differences in fatty acid composition. This example also shows the preparation and analysis of colony copies, a technique that can be used to analyze collections of organisms by ToF-SIMS for use in analyzing mutation collections.

효모 균주:Yeast Strains:

본 실시예에 사용된 효모 균주인 야로위야 리포리티카는 상이한 지방산 조성을 가졌으며, 각각은 영양요구주를 허용하는 선택이었다. Q라고 불리는 야생형 균주는 수탁 번호 76982로 ATCC로부터 수득되었다. 이는 주로 올레산(C18:1) 및 리놀레산(C18:2)을 축적하며 류신 영양요구주(표현형:leu-)이다. Q + 4 균주는 리놀레산을 에이코사펜텐산으로 변환시키기 위한 4 개 유전자(델타 6 탈포화효소, 연장효소, 델타 5 탈포화효소, 델타 17 탈포화효소)로 형질전환시킴으로써 Q로부터 유래되었다. 이는 올레산 및 리놀레산 뿐만 아니라 10-15%의 감마 리놀렌산(C18:3)을 축적하며 우라실 영양요구주이다 (표현형 ura-).The yeast strain Yarowiya lipolytica used in this example had a different fatty acid composition, each of which was a choice to allow nutritional requirements. A wild type strain called Q was obtained from ATCC under accession number 76982. It mainly accumulates oleic acid (C18: 1) and linoleic acid (C18: 2) and is a leucine nutritional supporter (phenotype: leu ). The Q + 4 strain was derived from Q by transforming with four genes (delta 6 desaturase, elongase, delta 5 desaturase, delta 17 desaturase) to convert linoleic acid to eicosapthenic acid. It accumulates 10-15% of gamma linolenic acid (C18: 3) as well as oleic and linoleic acid and is a uracil nutrient (phenotype ura ).

Q + 4 균주 표현:Q + 4 strain expression:

Q + 4 균주는 하기 서열을 포함하는 10.3 kb DNA 단편(서열 1)을 함유하는 pGEM-T 이지(easy) 벡터(Promega, Madison, WI)로 형질전환된 야생형 야로위야 리포리티카(ATCC #76982)이다:The Q + 4 strain was wild type Yarrowia lipolytica (ATCC # 76982) transformed with a pGEM-T easy vector (Promega, Madison, WI) containing a 10.3 kb DNA fragment (SEQ ID NO: 1) comprising the following sequence: )to be:

1) 야로위야 리포리티카 URA3 유전자로부터 상류에 440 bp의 5'-비-코딩 DNA 서열1) 440 bp 5'-non-coding DNA sequence upstream from the Yarrowia liporica URA3 gene

2) 야로위야 리포리티카 게놈의 418 bp TEF 프로모터(번역 연장 인자 유전자 로부터)(Muller S. 등, Yeast, 14: 1267-1283 (1998)), 모르티에렐라 알피나(Mortierella alpina, 수탁 #AF465281) 고 친화성 PUFA 연장효소 유전자의 코딩 영역을 함유하는 973 bp 서열, 및 179 bp XPR2 전사 터미네이터(세포외 단백분해효소 유전자로부터)를 포함하는 키메라 유전자.2) 418 bp TEF promoter of the Yarrowia lipolytica genome (from the Translation Extension Factor gene) (Muller S. et al., Yeast, 14: 1267-1283 (1998)), Mortierella alpina (Accession # AF465281) A chimeric gene comprising a 973 bp sequence containing the coding region of a high affinity PUFA elongase gene, and a 179 bp XPR2 transcription terminator (from the extracellular protease gene).

3) 상기 TEF 프로모터, M. 알피나 Δ5 탈포화효소 유전자의 코딩 영역을 함유하는 1357 bp 서열, 및 XPR2 전사 터미네이터를 포함하는 키메라 유전자.3) A chimeric gene comprising the TEF promoter, a 1357 bp sequence containing the coding region of the M. alpina Δ5 desaturase gene, and an XPR2 transcription terminator.

4) 야로위야 LEU2 유전자를 포함하는 2.25 kb 서열4) 2.25 kb sequence containing the Yarrowia LEU2 gene

5) TEF 프로모터, 야로위야에서 발현을 위해 코돈 최적화된 사프로레그니아 디클리나(Saprolegnia diclina, ATCC #56851) Δ17 탈포화효소 코딩 영역, 및 XPR2 전사 터미네이터를 포함하는 키메라 유전자.5) A chimeric gene comprising a TEF promoter, Saprolegnia diclina (ATCC # 56851) Δ17 desaturase coding region, and an XPR2 transcriptional terminator codon optimized for expression in Yarrowia .

6) TEF 프로모터, M. 알피나 Δ6 탈포화효소 코딩 영역, 및 XPR2 전사 터미네이터를 포함하는 키메라 유전자.6) A chimeric gene comprising a TEF promoter, M. alpina Δ6 desaturase coding region, and an XPR2 transcription terminator.

7) 야로위야 리포리티카 URA3 유전자의 280 bp의 3'-서열.7) 280 bp 3'-sequence of Yarrowia liporica URA3 gene.

콜로니 평판의 제조/성장:Manufacturing / Growth of Colony Plates:

Q 및 Q + 4의 배양물을 다음과 같이 제조된 최소 배지 상에서 성장시켰다:Cultures of Q and Q + 4 were grown on minimal medium prepared as follows:

야로위야 최소 배지 m (MM):Yarrowy Minimum Badge m (MM):

20 g/L 포도당20 g / L glucose

1.7 g/L의 아미노산 또는 황산 암모늄을 포함하지 않는 효모 질소 베이스Yeast nitrogen base without 1.7 g / L amino acid or ammonium sulfate

1 g/L 프롤린1 g / L proline

0.1 g/L 리신0.1 g / L Lysine

0.1 g/L 아데닌0.1 g / L adenine

pH를 6.1로 조절하였다. 고체 배지의 경우, 1.5 % 한천을 첨가하였다. Q 류신 영양요구주의 성장을 위해 0.1 g/L의 류신을 가하였다(MML); Q + 4 우라실 영양요구주의 성장을 위해 0.1 g/L의 우라실 및 0.1 g/L의 우리딘을 가하였다(MMU). 두 야로위야 균주 모두의 성장을 허용하는 조합된 배지는 류신, 우라실 및 우리딘을 동일한 농도로 함유하였다(MMUL).The pH was adjusted to 6.1. For solid medium, 1.5% agar was added. 0.1 g / L of leucine was added for growth of the Q leucine nutritional supplement (MML); 0.1 g / L uracil and 0.1 g / L uridine were added (MMU) for growth of the Q + 4 uracil nutrient. The combined medium that allowed the growth of both Yarrowia strains contained the same concentrations of leucine, uracil and uridine (MMUL).

글리세롤 저장액을 사용하여 Q, Q + 4, 및 추가의 균주의 혼합된 배양물을 제조하였다. 혼합된 배양물을 MMUL 배지 상에 펴바르고, 30℃에서 2 일 동안 성장시켰다. 다음 약 1000 개 콜로니를 갖는 10 cm 직경의 평판을, 배양 접시의 위에 원형의 무균 수포르(등록상표) 200 폴리에테르술폰 막을 완전히 젖을 때까지 놓음으로써 (필터가 균일하게 검어지는 것으로 관찰됨) 복제하였다. 다음 상기 막을 접시로부터 제거하고, 콜로니와 접촉한 면이 위에 오도록 뒤집은 다음, MMUL 배지의 새로운 접시 위에 놓았다. 30℃에서 밤새 항온처리 후, 막은 원래 배양물 평판 위의 것들의 정확한 복제인 콜로니의 패턴을 가졌다. 상기 과정을 반복함으로써 추가의 복제 막을 제조하였다. 원래 및 복제 막 양자로부터 절단된 노치를 지적하는 선으로 샌포드 샤피 파인 포인트 블루 영구 마커(Sanford Sharpie Fine Point Blue permanent marker)로 두 개의 마커 점을 만들었다. 상기 노치는 배지의 원래 평판의 모서리 상에 선의 위치에 상응하였고, 나중에 막, 성장 평판 및 ToF-SIMS 데이터의 정렬에 도움이 되었다. 상기 노치를 방사상 등록 표지라 부른다.Glycerol stocks were used to prepare mixed cultures of Q, Q + 4, and additional strains. Mixed cultures were spread on MMUL medium and grown at 30 ° C. for 2 days. Next a 10 cm diameter plate with about 1000 colonies was replicated by placing a circular sterile Suform® 200 polyethersulfone membrane on top of the culture dish until completely wet (the filter is observed to be uniformly blacked). It was. The membrane was then removed from the dish, turned over with the side in contact with the colony on top, and then placed on a fresh dish of MMUL medium. After incubation overnight at 30 ° C., the membrane had a pattern of colonies that were exact replicas of those on the original culture plate. Additional replicate membranes were made by repeating the above procedure. Two marker points were made with a Sanford Sharpie Fine Point Blue permanent marker with lines indicating notches cut from both original and replica films. The notch corresponded to the position of the line on the edge of the original plate of the medium, which later aided in the alignment of the membrane, growth plate and ToF-SIMS data. The notch is called a radial registration label.

ToF-SIMS 분석용 진공 쳄버 내로 콜로니의 도입:Introduction of colonies into vacuum chambers for ToF-SIMS analysis:

성장 배지로부터 하나의 전체 수포르(등록상표) 폴리에테르술폰 복제 막을 벗겨내어 막의 모서리를 홀더에 중첩시키는 스텐레스 스틸 고리로 고정시킴으로써 스텐레스 스틸 원형 홀더 상에 올려 놓았다. 다음, 상기 시료를 제조자의 지침에 따라 이온-ToF 모델 IV ToF-SIMS 기기(Ion-ToF, GmbH, Muenster, Germany) 내에 도입하였다. 예비-쳄버에서 대기압으로부터 < 5 x 10-6 토르까지 펌프로 감압한 후, 시료 스테이지를 압력이 < 5 x 10-7 토르인 주 분석 쳄버로 자석 이동 막대를 이용하여 밀어 넣었다. One entire Supo® polyethersulfone replica membrane was removed from the growth medium and placed on a stainless steel circular holder by fixing with a stainless steel ring that overlaps the edges of the membrane with the holder. The sample was then introduced into an ion-ToF model IV ToF-SIMS instrument (Ion-ToF, GmbH, Muenster, Germany) according to the manufacturer's instructions. After depressurizing the pump from atmospheric pressure to <5 x 10 -6 Torr in the pre-chamber, the sample stage was pushed into the main analytical chamber with a pressure of <5 x 10 -7 Torr using a magnetic transfer bar.

ToF-SIMS 영상 데이터를 콜로니 분석에 사용:Use ToF-SIMS image data for colony analysis:

금 주요 이온원, 전하 보상을 위한 펄스화된 전자 분출 총, 및 이온 반사체 형의 분광계(Ion-ToF 모델 IV, Ion-ToF, GmbH, Muenster, Germany)를 이용하여 콜로니 분석을 수행하였다. 분석을 위한 프로토콜은 실시예 2의 "주요 이온 빔 하의 스테이지 래스터를 통한 ToF-SIMS 2차적 이온 맵핑을 통한 콜로니 분석"에 기재되었다. 시료 스테이지를 256 x 256 픽셀 해상도로 20 x 20 mm2 면적에 걸쳐 래스터하였다. 0-800 m/z로부터의 전체 음성 2차적 이온 질량 스펙트럼이 각각의 대략 78 x 78 μm2 면적 픽셀에서 수득되었다. 그 후, 각 픽셀에서 질량 스펙트럼 데이터로부터 특정 피크의 강도가 공간 분포 맵을 만드는 데 사용되었다.Colony analysis was performed using a gold main ion source, pulsed electron ejection gun for charge compensation, and an ion reflector type spectrometer (Ion-ToF Model IV, Ion-ToF, GmbH, Muenster, Germany). The protocol for analysis was described in Example 2, "Colonial Analysis with ToF-SIMS Secondary Ion Mapping Through a Stage Raster Under a Major Ion Beam." The sample stage was rastered over a 20 x 20 mm 2 area with 256 x 256 pixel resolution. Full negative secondary ion mass spectra from 0-800 m / z were obtained at each approximately 78 × 78 μm 2 area pixel. Then, the intensity of a particular peak from the mass spectral data at each pixel was used to create a spatial distribution map.

포스페이트 작용기는 세포 막과 관련이 있으므로, 각 픽셀의 경우 명목상 m/z 63 (PO2-) 및 79 (PO3-)에서의 포스페이트-관련 피크의 강도를 합하여 분석된 면적 내 모든 콜로니의 위치를 맵핑하는 데 사용하였다(도 10A). 마커 점에 해당하는 피크 강도의 맵에 다양한 색상의 포스페이트 맵을 오버레이시키고 원래의 콜로니 평판과 함께 쉬운 등록이 되게 하였다. 스펙트럼 데이터는 개개의 콜로니를 구성하는 단일의 또는 다수의 픽셀로부터 추출될 수 있다. 음성 ToF-SIMS 스펙트럼 데이터는 도 11A로부터의 포스페이트 맵에서 관찰된 다양한 콜로니를 구성하는 일련의 픽셀로부터 추출되었다. 3 개의 상이한 스펙트럼 패턴이 분석된 콜로니(도 11A-C)에 대한 데이터의 지방산 영역에서 관찰되었는데, 그 중 둘은 Q 및 Q + 4 균주(도 11D)의 콜로니를 표현하였다. 도 11A-D를 참고하면, 상단 패널의 문자는 도 11D에 나타낸 스펙트럼으로부터의 콜로니를 나타내고, 하부 패널의 숫자는 동정의 확인을 위해 취해진 콜로니를 나타낸다. A로 표지된 콜로니는 중간 패널의 1로 표지된 것과 같고, B로 표지된 콜로니는 하부 패널의 16으로 표지된 것과 같음을 주목한다. Since phosphate functional groups are related to the cell membrane, the nominal sum of the phosphate-related peaks at m / z 63 (PO2-) and 79 (PO3-) for each pixel maps the locations of all colonies within the analyzed area. (FIG. 10A). Overlaid phosphate maps of various colors on the map of peak intensity corresponding to the marker points were made for easy registration with the original colony plate. The spectral data can be extracted from single or multiple pixels that make up individual colonies. Negative ToF-SIMS spectral data was extracted from the series of pixels that make up the various colonies observed in the phosphate map from FIG. 11A. Three different spectral patterns were observed in the fatty acid regions of the data for the analyzed colonies (FIGS. 11A-C), two of which represented colonies of Q and Q + 4 strains (FIG. 11D). Referring to Figures 11A-D, the letters in the upper panel represent colonies from the spectrum shown in Figure 11D, and the numbers in the lower panel represent colonies taken for identification. Note that colonies labeled A are the same as labeled 1 in the middle panel, and colonies labeled B are the same as labeled 16 in the lower panel.

세번째 패턴은 여기에 나타나지 않은 혼합물 중 다른 균주를 표현하였다. 하나의 스펙트럼 패턴은 각각 리놀레산(C18:2) 및 올레산(C18:1) 지방산의 생성과 일치하는 명목상 m/z 279 및 281에서 피크를 가졌고, 이는 상기 콜로니가 Q 균주임을 확인하였다. 두번째 패턴은 m/z 279 강도에 비하여 상대적으로 m/z 281 강도에 현저한 증가를 보였으며, 또한 명목상 m/z 277에서 피크를 나타내어 감마 리놀렌산(C18:3)의 생성을 나타내었고, 이는 상기 콜로니가 Q + 4 균주임을 확인하였다. The third pattern represented another strain in the mixture not shown here. One spectral pattern had peaks at nominal m / z 279 and 281 consistent with the production of linoleic acid (C18: 2) and oleic acid (C18: 1) fatty acids, respectively, confirming that the colony was a Q strain. The second pattern showed a significant increase in m / z 281 intensity relative to m / z 279 intensity, and also nominally peaked at m / z 277, indicating the production of gamma linolenic acid (C18: 3), which was the colony. It was confirmed that the Q + 4 strain.

스펙트럼 차이를 기준으로, 픽셀 당 2차적 이온 강도의 맵이 생성되어 이들 콜로니가 Q, Q + 4, 및 제3의 균주에 속함을 나타내었다. 구체적으로, 포스페이트 강도/픽셀의 그레이스케일 맵은 모든 콜로니의 위치를 보여주기 위해 만들어졌고; m/z 281 강도/픽셀 비를 갖는 m/z 279 강도/픽셀의 색상 오버레이 (청색) 맵은 Q 콜로니의 위치를 보여주기 위해 만들어졌으며; m/z 279 강도/픽셀 비를 갖는 m/z 281 강도/픽셀의 색상 오버레이 (녹색) 맵은 Q + 4 콜로니의 위치를 보여주기 위해 만들어졌고, 상기 세번째 스펙트럼 패턴 또한 오버레이되었다(적색). 이들 맵은 콜로니 어레이의 색상 맵핑을 근거로 Q 및 Q + 4 콜로니의 확인을 가능하게 하였다.Based on the spectral differences, a map of secondary ionic strengths per pixel was generated, indicating that these colonies belonged to Q, Q + 4, and third strains. Specifically, a grayscale map of phosphate intensity / pixel was created to show the location of all colonies; A color overlay (blue) map of m / z 279 intensity / pixel with an m / z 281 intensity / pixel ratio was created to show the location of the Q colony; A color overlay (green) map of m / z 281 intensity / pixel with an m / z 279 intensity / pixel ratio was created to show the position of the Q + 4 colonies and the third spectral pattern was also overlayed (red). These maps enabled the identification of Q and Q + 4 colonies based on the color mapping of the colony arrays.

상기 데이터세트에 대하여 표준화되고 평균-중심화된 데이터에 전술한 바와 같은 주요 성분 분석이 수행되었다. 주요 성분 1 및 주요 성분 2의 맵 위치 및 스펙트럼을 각각 도 12의 상부 및 하부 패널에 나타낸다. 상기 데이터는 상이한 종류의 야로위야 콜로니를 구별하였다.Principal component analysis as described above was performed on the standardized and mean-centered data for the dataset. The map positions and spectra of Principal Component 1 and Principal Component 2 are shown in the upper and lower panels of FIG. 12, respectively. The data distinguished different types of Yarrowia colonies.

특정 배지 상의 영양 분석/배양에 의한 콜로니의 동정 입증Identification of colonies by nutritional analysis / culture on specific media

상기와 같이 수행된 콜로니 확인을 한천 표면 상의 콜로니의 원래 매스터 평판으로 다시 추적하기 위해, 도 11A 영상의 크기를 2 cm 사방(분석된 복제 필터의 실제 크기)으로 감소시키고 투명지로 인쇄하였다. 투명지 영상을 빛 상자 상의 콜로니의 원래 매스터 평판(표면이 위를 향함) 밑에 아래를 보도록 놓고, 투명지를 통해 보이는 콜로니의 영상을 평판 위의 콜로니와 시각적으로 정렬시켰다. ToF-SIMS에 의해 스캔된 콜로니 복제는 원래 매스터 평판의 거울상이므로, 정확한 정렬을 위해 적합한 배향이 중요하였다. 다음, 상기 스캔의 (거울상) 영상을 평판 위의 방사상 등록 표지와, 상기 표지를 가리키는 마커 점을 이용하여 정렬시키고, 콜 로니의 패턴이 상기 영상과 정확히 상응할 때까지 움직였다.In order to trace back the colony confirmation performed as above to the original master plate of colonies on the agar surface, the size of the FIG. 11A image was reduced to 2 cm square (actual size of the replicated filter analyzed) and printed on transparent paper. The transparency image was placed underneath the original master plate of the colonies on the light box (surface facing up), and the image of the colonies visible through the transparency was visually aligned with the colonies on the plate. Colony replication scanned by ToF-SIMS was originally a mirror image of the master plate, so proper orientation was important for accurate alignment. The (mirror image) of the scan was then aligned using a radial registration mark on the plate and a marker point pointing to the mark and moved until the pattern of colonies exactly matched the image.

일단 상기 패턴이 실제 콜로니와 맞추어지면, 이 지침을 사용하여 그들의 동정의 이어지는 확인을 위해 마스터 평판으로부터 대표적인 콜로니를 취하였다. 전술한 상이한 스펙트럼의 오류의 색상 오버레이를 기준으로, 주로 청색으로 나타나는 콜로니를 Q로 확인하였고, 도 11A의 번호 1 내지 12를 시험을 위해 취하였다. 도 11A의 번호 13 내지 18인 주로 녹색인 콜로니를 유사하게 시험을 위해 취하였고, 이는 Q + 4로 확인되었다. 취하여진 콜로니의 이어지는 확인을 위한 방법은 상기 균주의 상이한 영양 요건을 이용하였다. Q 균주는 성장을 위해 류신을 필요로하고 Q + 4는 우라실을 필요로 한다. 따라서, Q는 MMUL 상에서만 성장하고 MMU 또는 MM에서는 성장하지 않는다. Q + 4는 MMU 상에서는 성장하지만 MM에서는 성장하지 않는다. 취하여진 콜로니들을 상기 확인을 기준으로 성장을 허용하는 배지 상에 접종하여 시험하고, 수득되는 세포들을 사용하여 더욱 제한적인 배지 상에 접종하였다.Once the pattern was aligned with the actual colonies, representative guidelines were taken from the master plate for subsequent confirmation of their identification using this guideline. Based on the color overlay of the error of the different spectra described above, colonies that appear mainly in blue were identified by Q, and numbers 1-12 in FIG. 11A were taken for testing. Mainly green colonies with numbers 13 to 18 in FIG. 11A were similarly taken for testing, identified as Q + 4. The method for subsequent identification of colonies taken utilized the different nutritional requirements of the strains. The Q strain needs leucine for growth and Q + 4 needs uracil. Thus, Q grows only on the MMUL and not on the MMU or MM. Q + 4 grows on the MMU but not on the MM. Colonies taken were tested by inoculation on a medium that allowed growth based on the above identification, and the cells obtained were seeded on more restrictive medium.

1. 콜로니 1-12를 고체 MMUL 배지 상에 접종하였다. 이들은 모두 성장하였다. 다음, 얻어진 세포를 MMU 및 MM 배지 상에 접종하였다. 12 개 콜로니 중 10 개는 MMU 또는 MM에서 성장하지 않아서, 그들의 정체가 Q임이 확인되었다. 콜로니 6은 MMU 및 MM 모두에서 성장하였으므로, 그것이 Q가 아님을 암시하였다. 콜로니 11은 MM 및 MMU 상에서 적은 수의 비연속적 콜로니로 성장하여, 그것이 약간 오염되었으나 거의 Q임을 암시하였다. 따라서 ToF-SIMS 맵핑은 12 개 경우 중 11 개에서 Q 균주의 콜로니를 정확하게 확인하였다.1. Colonies 1-12 were inoculated on solid MMUL medium. They all grew up. Next, the obtained cells were seeded on MMU and MM medium. Ten of the 12 colonies did not grow in MMU or MM, confirming their identity to be Q. Colony 6 grew in both MMU and MM, suggesting that it is not Q. Colony 11 grew to a small number of discontinuous colonies on MM and MMU, suggesting that it was slightly contaminated but nearly Q. Therefore, ToF-SIMS mapping correctly identified colonies of Q strains in 11 of 12 cases.

2. 콜로니 13-18을 고체 MMU 배지 상에 접종하였다. 이들은 모두 성장하였다. 다음, 얻어진 세포를 MM 배지 상에 접종하였다. 6 개 콜로니 중 4 개가 MM 상에서 성장하지 않아서, 그들이 Q + 4임이 확인되었다. 콜로니 14는 MM 상에서 성장하였으므로, 그것이 Q + 4가 아님을 암시하였다. 콜로니 15는 MM 상에서 적은 수의 비연속적 콜로니로 성장하여, 그것이 약간 오염되었으나 거의 Q + 4임을 암시하였다. 따라서 ToF-SIMS 맵핑은 6 개 경우 중 5 개에서 Q + 4 균주의 콜로니를 정확하게 확인하였다. 2. Colonies 13-18 were inoculated on solid MMU medium. They all grew up. Next, the obtained cells were seeded on MM medium. Four of the six colonies did not grow on MM, confirming that they were Q + 4. Colony 14 grew on MM, suggesting that it is not Q + 4. Colony 15 grew to a small number of discontinuous colonies on the MM, suggesting that it was slightly contaminated but nearly Q + 4. Therefore, ToF-SIMS mapping accurately identified colonies of Q + 4 strain in 5 of 6 cases.

실시예 6Example 6

수포르(등록상표) 필터 상에서 비누화 후 야로위야 리포리티카 콜로니의 ToF-SIMS 검출ToF-SIMS detection of Yarrowy Lipolytica colonies after saponification on a Supor® filter

본 실시예는 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 측정하는 능력을 향상시키는 처리에 의해 필터 상에서 콜로니의 처리공정을 보여준다. 콜로니 및 그들의 생성물을 변화시키기 위해 사용된 공정은 구성 지질의 KOH 염기-촉매된 가수분해(비누화)였다. 용액에서 수행될 경우, 상기 처리는 유리된 지방산 염을 생성한다.This example shows the processing of colonies on a filter by a treatment that enhances the ability to measure ToF-SIMS detectable products. The process used to change the colonies and their products was KOH base-catalyzed hydrolysis (saponification) of the constituent lipids. When performed in solution, the treatment produces free fatty acid salts.

비누화된 콜로니의 제조:Preparation of saponified colonies:

효모인 야로위야 리포리티카의 Q + 4 균주만이 본 실시예에 사용되었다. 무균의 수포르(등록상표) 200 폴리에테르술폰 막을 그위에 갖는 MMU 배지로 된 두 개의 고체 배지 평판을 Q + 4의 글리세롤 저장액으로부터 접종하고 30℃에서 48 시간 동안 성장시켰다. Only the Q + 4 strain of yeast Yarowiya lipolytica was used in this example. Two solid medium plates of MMU medium with sterile Supor® 200 polyethersulfone membranes were inoculated from a glycerol stock of Q + 4 and grown for 48 hours at 30 ° C.

비누화 과정을 위해, ~500 개의 야로위야 콜로니를 갖는 수포르(등록상표) 필터의 하나를 배지로부터 꺼내어 2 분 동안 공기-건조시킨 후, 90% 메탄올, 10% 물 및 0.3 M KOH의 용액으로 포화된 여과지 압지(blotter, 2 층의 Whatman No.1, 9 cm 직경) 상에 놓았다. 상기 여과지는 메탄올로 헹구고 공기 건조시켜 미리 세척해 놓은 것이었다. 수포르(등록상표) 필터를 상기 압지 상에 1 분 이하의 시간 동안 둔 다음, 혼성화 튜브(hybridization tube, Corning, 35 mm x 100 mm)로 옮겼다. 수포르(등록상표) 필터는 튜브의 벽에 접착되었다. 상기 관을 단단히 봉하고 80℃의 수욕에 완전히 담그었다. 수욕 중에서 1 시간 후, 상기 관을 꺼내어 개방하고, 상기 필터를 관에서 꺼내기 전에 공기 건조되게 두었다. 콜로니들은 대부분의 그들의 수직적 한계를 상실하였고 반짝이는 황색 점으로 나타났다.For the saponification process, one of the Supor® filters with ˜500 Yarrowia colonies was removed from the medium and air-dried for 2 minutes and then saturated with a solution of 90% methanol, 10% water and 0.3 M KOH. Filter paper blotter (blotter, Whatman No. 1 in two layers, 9 cm diameter). The filter paper was prewashed by rinsing with methanol and air drying. A Supor® filter was placed on the blotter paper for up to 1 minute and then transferred to a hybridization tube (Corning, 35 mm x 100 mm). Supor® filter was attached to the wall of the tube. The tube was tightly sealed and completely immersed in an 80 ° C. water bath. After 1 hour in the water bath, the tube was taken out and opened and allowed to air dry before removing the filter from the tube. Colonies lost most of their vertical limits and appeared as shiny yellow spots.

ToF-SIMS 분석용 진공 쳄버 내로 콜로니의 도입:Introduction of colonies into vacuum chambers for ToF-SIMS analysis:

처리된 어레이의 경우, 및 처리되지 않은 어레이의 경우, 수포르(등록상표) 폴리에테르술폰 막의 1 cm2 부분을 절단하고, 성장 배지로부터 벗겨 내어, 스텐레스 스틸 다중-시료 홀더의 부분을 형성하는 몰리브덴 마스크에 대하여 거꾸로 올려놓았다. 다음, 시료를 전술한 바와 같이 제조자의 지침에 따라 이온-ToF 모델 IV ToF-SIMS 기기(Ion-ToF, GmbH, Muenster, Germany) 내에 도입하였다.For treated arrays, and for untreated arrays, the 1 cm 2 portion of the Supor® polyethersulfone membrane is cut and peeled from the growth medium to form part of the stainless steel multi-sample holder. The mask is placed upside down. The sample was then introduced into an ion-ToF model IV ToF-SIMS instrument (Ion-ToF, GmbH, Muenster, Germany) as described above.

비누화 과정의 결과로서 Q + 4 야로위야 콜로니로부터 ToF-SIMS 음성 2차적 이온 신호의 향상:Enhancement of ToF-SIMS negative secondary ion signal from Q + 4 Yarrowia colonies as a result of the saponification process:

다음의 ToF-SIMS 조건을 이용하여 콜로니를 각각 분석하였다: 금 주요 이온원, 전하 보상을 위한 펄스화된 전자 분출 총, 및 이온 반사체 형의 분광계. 채취 된 콜로니 면적은 비누화되지 않은 시료의 경우 250 x 250 μm2이었고 비누화된 시료의 경우 300 x 300 μm2이었다. 분석 면적의 상기 차이는 상이한 콜로니 크기의 결과였다.Colonies were respectively analyzed using the following ToF-SIMS conditions: gold main ion source, pulsed electron ejection gun for charge compensation, and ion reflector type spectrometer. The collected colony area was 250 x 250 μm 2 for unsaponified samples and 300 x 300 μm 2 for saponified samples. This difference in assay area was the result of different colony sizes.

지방산 영역 중 음성 2차적 이온 신호의 향상은 다음과 같이 측정되었다: C16 및 C18 지방산을 포함하는 m/z 250-290으로부터의 면적을 총 음이온 수율의 비율로 나타냈다. 처리되지 않은 시료에 비하여 비누화된 시료로부터의 스펙트럼의 경우 1.7의 상기 비율 증가가 관찰되었다 (도 13).The improvement of the negative secondary ion signal in the fatty acid region was measured as follows: The area from m / z 250-290 containing C16 and C18 fatty acids was expressed as the ratio of total anion yield. An increase in this ratio of 1.7 was observed for spectra from saponified samples relative to untreated samples (FIG. 13).

또다른 실험에서, 야로위야 콜로니를 갖는 공기 건조된 수포르(등록상표) 필터를, 메탄올을 포함하지 않는 0.3 M KOH 수용액으로 포화된 여과지 압지(2 층의 와트만 No. 1, 9 cm 직경) 상에 놓았다. 상기 필터를 항온처리하고 전술한 바와 같이 분석하였다. KOH 단독으로 이와 같이 처리한 것은 메탄올과 함께 KOH를 사용하여 수득된 것과 유사한 신호/노이즈 비의 향상을 제공하였다. 메탄올을 제거하는 것이, 용해된 지방산이 처리 도중 콜로니의 원래 지점으로부터 확산될 가능성을 낮추기 때문에, 유익할 수 있다.In another experiment, an air dried Supor® filter with Yarrowia colonies was used to filter paper blotting paper (Wattman No. 1, 9 cm diameter) saturated with 0.3 M KOH aqueous solution without methanol. Placed on top. The filter was incubated and analyzed as described above. This treatment with KOH alone provided an improvement in signal / noise ratio similar to that obtained using KOH with methanol. Removing methanol may be beneficial because it lowers the likelihood that dissolved fatty acids will diffuse from the original point of the colony during processing.

실시예 7 (예상)Example 7 (expected)

지방산 조성물의 ToF-SIMS 분석에 의한 특정 미생물의 확인Identification of Specific Microorganisms by ToF-SIMS Analysis of Fatty Acid Compositions

본 실시예는 유기체에 대한 지방산 프로파일의 ToF-SIMS 분석 결정을 기초로 한 구별되는 지방산 프로파일을 갖는 특정 미생물의 확인을 보여준다.This example shows the identification of specific microorganisms with distinct fatty acid profiles based on ToF-SIMS analysis of fatty acid profiles for organisms.

배경:background:

다수의 박테리아 및 균류의 특징화에 지방산 분석이 사용되어 왔다 (예를 들면 다음 문헌 참고: Komagata, K. & Suzuki, K. (1987). Lipid and cell-wall analysis in bacterial systematics. Methods in Microbiology, 19: 161-207); Stead, D.E., Sellwood, J.E., Wilson, J. & Viney, I. (1992). Evaluation of a commercial microbial identification system based on fatty acid profiles for rapid, accurate identification of plant pathogenic bacteria. Journal of Applied Biochemistry, 72: 315-321.); and Welch, D.F. (1991). Applications of cellular fatty acid analysis. Clinical Microbiology Reviews, 4: 422-438.).Fatty acid analysis has been used to characterize many bacteria and fungi (see, for example, Komagata, K. & Suzuki, K. (1987). Lipid and cell-wall analysis in bacterial systematics.Methods in Microbiology , 19: 161-207); Stead, DE, Sellwood, JE, Wilson, J. & Viney, I. (1992). Evaluation of a commercial microbial identification system based on fatty acid profiles for rapid, accurate identification of plant pathogenic bacteria. Journal of Applied Biochemistry , 72: 315-321.); and Welch, DF (1991). Applications of cellular fatty acid analysis. Clinical Microbiology Reviews , 4: 422-438.).

어떤 경우에는, 특정 미생물이 그 유기체의 존재 또는 특정 환경 조건에 대한 유기체의 반응을 진단하는 매우 특징적인 지방산 프로파일을 갖는다. 예를 들면 인체의 상처에서 흔히 발견되는 길라디(Gilardi) 막대 군 1 박테리아는 구별되는 지방산 프로파일을 갖는다 (Moss 등, Journal of Clinical Microbiology (1993) 31: 689-691). 식품 병원군 리스테리아 모노시토게네스(Listeria monocytogenes)는 특정 분지쇄 지방산의 독특하게 높은 조성을 갖는다 (Moss 등, Journal of Clinical Microbiology (1993) 31: 689-691). 지방산 메틸 에스테르의 기체 크로마토그래피와 같은 종래 기술에 의한 지방산의 추출 및 분석은 특히 그것이 다수의 시료에 대하여 수행되어야 할 경우 지루하고 시간 소모적이다. 여기에 개괄된 방법을 이용하여, 미생물의 지방산의 훨씬 더 신속한 분석이 가능하다. In some cases, a particular microorganism has a very characteristic fatty acid profile that diagnoses the organism's response to the presence of that organism or to specific environmental conditions. For example, the Gilardi rod group 1 bacteria commonly found in human wounds has a distinct fatty acid profile (Moss et al., Journal of Clinical Microbiology (1993) 31: 689-691). The food hospital group Listeria monocytogenes has a uniquely high composition of certain branched chain fatty acids (Moss et al., Journal of Clinical Microbiology (1993) 31: 689-691). Extraction and analysis of fatty acids by conventional techniques, such as gas chromatography of fatty acid methyl esters, is tedious and time consuming, especially when it is to be performed on a large number of samples. Using the method outlined here, much faster analysis of fatty acids of microorganisms is possible.

표준의 방법에 의해 미생물 시료가 수집되어 수포르(등록상표) 폴리에테르술폰 막 필터 상의 콜로니로 성장된다. 방사상 등록 표지 및 마커 점을 가하여, 실 시예 5에 기재된 바와 같이 콜로니 어레이의 복제가 수행된다. 콜로니-어레이된 필터를 ToF-SIMS 기기에 넣고 실시예 5에 기재된 바와 같이 분석한다. 표준화되고 평균-중심화된 데이터 상에 전술한 바와 같이 주요 성분 분석이 수행된다. 상기 분석은 필터 상의 콜로니에서 미생물의 지방산 조성을 확인하기 위해 사용된다. 개별적인 콜로니의 지방산 조성에 근거하여, 특정 미생물의 존재가 확인된다.Microbial samples are collected by standard methods and grown into colonies on a Supor® polyethersulfone membrane filter. With the addition of the radial registration label and marker point, replication of the colony array is performed as described in Example 5. Colony-arrayed filters are placed in a ToF-SIMS instrument and analyzed as described in Example 5. Principal component analysis is performed as described above on standardized, mean-centered data. The assay is used to identify the fatty acid composition of the microorganisms in colonies on the filter. Based on the fatty acid composition of the individual colonies, the presence of certain microorganisms is identified.

SEQUENCE LISTING <110> E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY <120> DIRECT DETECTION METHOD FOR PRODUCTS OF CELLULAR METABOLISM USING ToF-SIMS <130> CL2358 PCT <150> US 60/502151 <151> 2003-09-11 <160> 1 <170> PatentIn version 3.2 <210> 1 <211> 10328 <212> DNA <213> synthetic <400> 1 tatcacatca cgctctcatc aagaatactt cttgagaacc gtggagaccg gggttcgatt 60 ccccgtatcg gagtgtttat tttttgctca accataccct ggggtgtgtt ctgtggagca 120 ttctcacttt tggtaaacga cattgcttca agtgcagcgg aatcaaaaag tataaagtgg 180 gcagcgagta tacctgtaca gactgtaggc gataactcaa tccaattacc ccccacaaca 240 tgactggcca aactgatctc aagactttat tgaaatcagc aacaccgatt ctcaatgaag 300 gcacatactt cttctgcaac attcacttga cgcctaaagt tggtgagaaa tggaccgaca 360 agacatattc tgctatccac ggactgttgc ctgtgtcggt ggctacaata cgtgagtcag 420 aagggctgac ggtggtggtt cgtacgttgt gtggaattgt gagcggataa caatttcaca 480 caggaaacag ctatgaccat gattacgcca agctcgaaat taaccctcac taaagggaac 540 aaaagctgga gctccaccgc ggacacaata tctggtcaaa tttcagtttc gttacataaa 600 tcgttatgtc aaaggagtgt gggaggttaa gagaattatc 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DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY   <120> DIRECT DETECTION METHOD FOR PRODUCTS OF CELLULAR METABOLISM USING        ToF-SIMS <130> CL2358 PCT <150> US 60/502151 <151> 2003-09-11 <160> 1 <170> PatentIn version 3.2 <210> 1 <211> 10328 <212> DNA <213> synthetic <400> 1 tatcacatca cgctctcatc aagaatactt cttgagaacc gtggagaccg gggttcgatt 60 ccccgtatcg gagtgtttat tttttgctca accataccct ggggtgtgtt ctgtggagca 120 ttctcacttt tggtaaacga cattgcttca agtgcagcgg aatcaaaaag tataaagtgg 180 gcagcgagta tacctgtaca gactgtaggc gataactcaa tccaattacc ccccacaaca 240 tgactggcca aactgatctc aagactttat tgaaatcagc aacaccgatt ctcaatgaag 300 gcacatactt cttctgcaac attcacttga cgcctaaagt tggtgagaaa tggaccgaca 360 agacatattc tgctatccac ggactgttgc ctgtgtcggt ggctacaata cgtgagtcag 420 aagggctgac ggtggtggtt cgtacgttgt gtggaattgt gagcggataa caatttcaca 480 caggaaacag ctatgaccat gattacgcca agctcgaaat taaccctcac taaagggaac 540 aaaagctgga gctccaccgc ggacacaata tctggtcaaa tttcagtttc gttacataaa 600 tcgttatgtc aaaggagtgt gggaggttaa 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cggcagggtc cgctagtgta 5700 taagactcta taaaaagggc cctgccctgc taatgaaatg atgatttata atttaccggt 5760 gtagcaacct tgactagaag aagcagattg ggtgtgtttg tagtggagga cagtggtacg 5820 ttttggaaac agtcttcttg aaagtgtctt gtctacagta tattcactca taacctcaat 5880 agccaagggt gtagtcggtt tattaaagga agggagttgt ggctgatgtg gatagatatc 5940 tttaagctgg cgactgcacc caacgagtgt ggtggtagct tgttactgta tattcggtaa 6000 gatatatttt gtggggtttt agtggtgttt aaacgacgga attcctgcag cccatctgca 6060 gaattcagga gagaccgggt tggcggcgta tttgtgtccc aaaaaacagc cccaattgcc 6120 ccaattgacc ccaaattgac ccagtagcgg gcccaacccc ggcgagagcc cccttcaccc 6180 cacatatcaa acctcccccg gttcccacac ttgccgttaa gggcgtaggg tactgcagtc 6240 tggaatctac gcttgttcag actttgtact agtttctttg tctggccatc cgggtaaccc 6300 atgccggacg caaaatagac tactgaaaat ttttttgctt tgtggttggg actttagcca 6360 agggtataaa agaccaccgt ccccgaatta cctttcctct tcttttctct ctctccttgt 6420 caactcacac ccgaaatcgt taagcatttc cttctgagta taagaatcat tcaccatggc 6480 tgaggataag accaaggtcg agttccctac cctgactgag ctgaagcact ctatccctaa 6540 cgcttgcttt gagtccaacc tcggactctc gctctactac actgcccgag cgatcttcaa 6600 cgcatctgcc tctgctgctc tgctctacgc tgcccgatct actcccttca ttgccgataa 6660 cgttctgctc cacgctctgg tttgcgccac ctacatctac gtgcagggtg tcatcttctg 6720 gggtttcttt accgtcggtc acgactgtgg tcactctgcc ttctcccgat accactccgt 6780 caacttcatc attggctgca tcatgcactc tgccattctg actcccttcg agtcctggcg 6840 agtgacccac cgacaccatc acaagaacac tggcaacatt gataaggacg agatcttcta 6900 ccctcatcgg tccgtcaagg acctccagga cgtgcgacaa tgggtctaca ccctcggagg 6960 tgcttggttt gtctacctga aggtcggata tgctcctcga accatgtccc actttgaccc 7020 ctgggaccct ctcctgcttc gacgagcctc cgctgtcatc gtgtccctcg gagtctgggc 7080 tgccttcttc gctgcctacg cctacctcac atactcgctc ggctttgccg tcatgggcct 7140 ctactactat gctcctctct ttgtctttgc ttcgttcctc gtcattacta ccttcttgca 7200 tcacaacgac gaagctactc cctggtacgg tgactcggag tggacctacg tcaagggcaa 7260 cctgagctcc gtcgaccgat cgtacggagc tttcgtggac aacctgtctc accacattgg 7320 cacccaccag gtccatcact tgttccctat cattccccac tacaagctca acgaagccac 7380 caagcacttt gctgccgctt accctcacct cgtgagacgt aacgacgagc ccatcattac 7440 tgccttcttc aagaccgctc acctctttgt caactacgga gctgtgcccg agactgctca 7500 gattttcacc ctcaaagagt ctgccgctgc agccaaggcc aagagcgacc accaccatca 7560 ccaccattaa gcggccgcca ccgcggcccg agattccggc ctcttcggcc gccaagcgac 7620 ccgggtggac gtctagaggt acctagcaat taacagatag tttgccggtg ataattctct 7680 taacctccca cactcctttg acataacgat ttatgtaacg aaactgaaat ttgaccagat 7740 attgtgtccg cggtggagct ccagcttttg ttccctttag tgagggttaa tttcgagctt 7800 ggcgtaatcg atgcagaatt caggagagac cgggttggcg gcgtatttgt gtcccaaaaa 7860 acagccccaa ttgccccaat tgaccccaaa ttgacccagt agcgggccca accccggcga 7920 gagccccctt caccccacat atcaaacctc ccccggttcc cacacttgcc gttaagggcg 7980 tagggtactg cagtctggaa tctacgcttg ttcagacttt gtactagttt ctttgtctgg 8040 ccatccgggt aacccatgcc ggacgcaaaa tagactactg aaaatttttt tgctttgtgg 8100 ttgggacttt agccaagggt ataaaagacc accgtccccg aattaccttt cctcttcttt 8160 tctctctctc cttgtcaact cacacccgaa atcgttaagc atttccttct gagtataaga 8220 atcattcacc atggctgctg ctcccagtgt gaggacgttt actcgggccg aggttttgaa 8280 tgccgaggct ctgaatgagg gcaagaagga tgccgaggca cccttcttga tgatcatcga 8340 caacaaggtg tacgatgtcc gcgagttcgt ccctgatcat cccggtggaa gtgtgattct 8400 cacgcacgtt ggcaaggacg gcactgacgt ctttgacact tttcaccccg aggctgcttg 8460 ggagactctt gccaactttt acgttggtga tattgacgag agcgaccgcg atatcaagaa 8520 tgatgacttt gcggccgagg tccgcaagct gcgtaccttg ttccagtctc ttggttacta 8580 cgattcttcc aaggcatact acgccttcaa ggtctcgttc aacctctgca tctggggttt 8640 gtcgacggtc attgtggcca agtggggcca gacctcgacc ctcgccaacg tgctctcggc 8700 tgcgcttttg ggtctgttct ggcagcagtg cggatggttg gctcacgact ttttgcatca 8760 ccaggtcttc caggaccgtt tctggggtga tcttttcggc gccttcttgg gaggtgtctg 8820 ccagggcttc tcgtcctcgt ggtggaagga caagcacaac actcaccacg ccgcccccaa 8880 cgtccacggc gaggatcccg acattgacac ccaccctctg ttgacctgga gtgagcatgc 8940 gttggagatg ttctcggatg tcccagatga ggagctgacc cgcatgtggt cgcgtttcat 9000 ggtcctgaac cagacctggt tttacttccc cattctctcg tttgcccgtc tctcctggtg 9060 cctccagtcc attctctttg tgctgcctaa cggtcaggcc cacaagccct cgggcgcgcg 9120 tgtgcccatc tcgttggtcg agcagctgtc gcttgcgatg cactggacct ggtacctcgc 9180 caccatgttc ctgttcatca aggatcccgt caacatgctg gtgtactttt tggtgtcgca 9240 ggcggtgtgc ggaaacttgt tggccatcgt gttctcgctc aaccacaacg gtatgcctgt 9300 gatctcgaag gaggaggcgg tcgatatgga tttcttcacg aagcagatca tcacgggtcg 9360 tgatgtccac ccgggtctat ttgccaactg gttcacgggt ggattgaact atcagatcga 9420 gcaccacttg ttcccttcga tgcctcgcca caacttttca aagatccagc ctgctgtcga 9480 gaccctgtgc aaaaagtaca atgtccgata ccacaccacc ggtatgatcg agggaactgc 9540 agaggtcttt agccgtctga acgaggtctc caaggctacc tccaagatgg gtaaggcgca 9600 gtaagcggcc gccaccgcgg cccgagattc cggcctcttc ggccgccaag cgacccgggt 9660 ggacgtctag aggtacctag caattaacag atagtttgcc ggtgataatt ctcttaacct 9720 cccacactcc tttgacataa cgatttatgt aacgaaactg aaatttgacc agatattgtg 9780 tccgcggtgg agctccagct tttgttccct ttagtgaggg ttaattaatt cgatatcata 9840 attgtcggcc gaggtctgta cggccagaac cgagatccta ttgaggaggc caagcgatac 9900 cagaaggctg gctgggaggc ttaccagaag attaactgtt agaggttaga ctatggatat 9960 gtcatttaac tgtgtatata gagagcgtgc aagtatggag cgcttgttca gcttgtatga 10020 tggtcagacg acctgtctga tcgagtatgt atgatactgc acaacctgtg tatccgcatg 10080 atctgtccaa tggggcatgt tgttgtgttt ctcgatacgg agatgctggg tacaagtagc 10140 taatacgatt gaactactta tacttatatg aggcttgaag aaagctgact tgtgtatgac 10200 ttattctcaa ctacatcccc agtcacaata ccaccactgc actaccacta caccaaaacc 10260 atgatcaaac cacccatgga cttcctggag gcagaagaac ttgttatgga aaagctcaag 10320 agagagaa 10328  

Claims (23)

a) ToF-SIMS에 의해 검출가능한 생성물을 생성하는 생물학적 유기체로 구성된 콜로니를 진공 적합성 지지체 상에 구비하고;a) comprising a colony of biological organisms producing a product detectable by ToF-SIMS on a vacuum compatible support; b) 상기 (a)의 콜로니에 대해 ToF-SIMS 분석을 수행하여 데이터를 생성하고;b) performing ToF-SIMS analysis on the colonies of (a) to generate data; c) 상기 (b)의 데이터를 (a)의 콜로니와 연관시켜 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 제조하는 생물학적 유기체를 동정하는 것을 포함하는, ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 제조하는 생물학적 유기체의 동정 방법.c) correlating the data of (b) with the colony of (a) to identify a biological organism that produces a ToF-SIMS detectable product. a) 진공 적합성 지지체 상에 2차원의 어레이로 존재하며 적어도 1종의 유기체가 ToF-SIMS에 의해 검출가능한 생성물을 생성하는 생물학적 유기체의 혼합된 개체군을 구비하고;a) a mixed population of biological organisms present in a two-dimensional array on a vacuum compatible support, wherein at least one organism produces a product detectable by ToF-SIMS; b) 상기 (a)의 유기체 어레이에 대해 ToF-SIMS 분석을 수행하여 데이터를 생성하고;b) performing ToF-SIMS analysis on the organism array of (a) to generate data; c) 상기 어레이를 맵핑하여 각 유기체에 어레이 상의 독특한 좌위(unique locus)를 부여하고;c) mapping the array to give each organism a unique locus on the array; d) ToF-SIMS 검출가능한 생성물이 존재하는 어레이 상의 좌위 하나 이상을 동정하고;d) identifying one or more loci on the array in which the ToF-SIMS detectable product is present; e) 상기 데이터를 (c)의 독특한 유기체 좌위와 연관시켜 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 유기체를 동정하는 것을 포함하는, ToF-SIMS 검출가능한 생 성물을 생성하는 생물학적 유기체의 동정 방법.e) associating said data with the unique organism locus of (c) to identify organisms that produce ToF-SIMS detectable products. a) 진공 적합성 지지체 상에 2차원의 어레이로 존재하며 적어도 1종의 유기체가 1차 생성물을 생성하는 생물학적 유기체의 혼합된 개체군을 구비하고;a) a mixed population of biological organisms present in a two-dimensional array on a vacuum compatible support, wherein at least one organism produces a primary product; b) 상기 (a)의 어레이를 소정의 물질과, 상기 1차 생성물이 반응하여 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 조건 하에 접촉시키고;b) contacting the array of (a) with a predetermined material under conditions such that the primary product reacts to produce a ToF-SIMS detectable product; c) 상기 (a)의 유기체 어레이에 대해 ToF-SIMS 분석을 수행하여 데이터를 생성하고;c) performing ToF-SIMS analysis on the organism array of (a) to generate data; d) 상기 어레이를 맵핑하여 각 유기체에 어레이 상의 독특한 좌위를 부여하고;d) mapping the array to give each organism a unique locus on the array; e) ToF-SIMS 검출가능한 생성물이 존재하는 어레이 상의 좌위 하나 이상을 동정하고;e) identifying one or more loci on the array in which the ToF-SIMS detectable product is present; f) 상기 데이터를 (d)의 독특한 유기체 좌위와 연관시켜 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 유기체를 동정하는 것을 포함하는, ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 생물학적 유기체의 동정 방법.f) associating said data with the unique organism locus of (d) to identify an organism that produces a ToF-SIMS detectable product. a) 진공 적합성 지지체 상에 2차원의 어레이로 존재하는 생물학적 유기체의 혼합된 개체군을 구비하고;a) having a mixed population of biological organisms present in a two-dimensional array on a vacuum compatible support; b) 상기 어레이를 2차 성장 배지로 옮겨, 2차 성장 배지 상의 항온처리된 생물학적 유기체 하나 이상이 ToF-SIMS에 의해 검출가능한 생성물을 생성하게 하고;b) transferring the array to a secondary growth medium such that at least one incubated biological organism on the secondary growth medium produces a product detectable by ToF-SIMS; c) 상기 (a)의 유기체 어레이에 대해 ToF-SIMS 분석을 수행하여 ToF-SIMS 데이터를 생성하고;c) performing ToF-SIMS analysis on the organism array of (a) to generate ToF-SIMS data; d) 상기 어레이를 맵핑하여 각 유기체에 어레이 상의 독특한 좌위를 부여하고;d) mapping the array to give each organism a unique locus on the array; e) ToF-SIMS 검출가능한 생성물이 존재하는 어레이 상의 좌위 하나 이상을 동정하고;e) identifying one or more loci on the array in which the ToF-SIMS detectable product is present; f) 상기 데이터를 (d)의 독특한 유기체 좌위와 연관시켜 ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 유기체를 동정하는 것을 포함하는, ToF-SIMS 검출가능한 생성물을 생성하는 생물학적 유기체의 동정 방법.f) associating said data with the unique organism locus of (d) to identify an organism that produces a ToF-SIMS detectable product. 제 2 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이의 맵핑이 ToF-SIMS 데이터를 가지고 수행되는 방법.The method of claim 2, wherein the mapping of the array is performed with ToF-SIMS data. 제 2 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 어레이 상의 좌위 하나 이상을 동정하는 것이 ToF-SIMS 데이터를 가지고 수행되는 방법.The method of claim 2, wherein identifying at least one locus on the array is performed with ToF-SIMS data. 제 2 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 유기체의 혼합된 개체군이, 진공 적합성 지지체 상에 놓여지기 전에 1차 배지 상에 2차원 어레이로 배양되는 것인 방법.5. The method of claim 2, wherein the mixed population of organisms is incubated in a two dimensional array on primary medium before being placed on a vacuum compatible support. 제 1 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생물학적 유기체가 원핵생물 및 진핵생물로 구성되는 군에서 선택되는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the biological organism is selected from the group consisting of prokaryotes and eukaryotes. 제 8 항에 있어서, 상기 생물학적 유기체가 식물 세포인 것인 방법.The method of claim 8, wherein said biological organism is a plant cell. 제 9 항에 있어서, 상기 생물학적 유기체가 옥수수, 쌀, 밀, 대두, 담배 및 아라비돕시스(arabidopsis)로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.10. The method of claim 9, wherein said biological organism is selected from the group consisting of corn, rice, wheat, soybeans, tobacco, and arabidopsis. 제 8 항에 있어서, 상기 생물학적 유기체가 효모 및 세균으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.The method of claim 8, wherein said biological organism is selected from the group consisting of yeast and bacteria. 제 11 항에 있어서, 생물학적 유기체가 사카로마이세스(Saccharomyces), 피키아(Pichia), 야로위야(Yarrowia), 로도코커스(Rhodococcus), 스트렙토마이세스(Streptomyces), 악티노미세테스(Actinomycetes), 코리네박테리움(Corynebacterium), 바실루스(Bacillus), 에스케리키아(Escherichia), 슈도모나스(Pseudomonas), 살모넬라(Salmonella), 에르위니아(Erwinia), 페니실리움(Penicillium), 푸사리움(Fusarium), 아스페르질러스(Aspergillus), 포도스포라(Podospora), 크리소스포리움(Chrysosporium), 트리코더마(Trichoderma) 및 뉴로스포라(Neurospora)로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.The method of claim 11, wherein the biological organism, the MY process as Saccharomyces (Saccharomyces), Pichia (Pichia), Yarrow baby.- (Yarrowia), Rhodococcus (Rhodococcus), Streptomyces (Streptomyces), evil Martino fine test (Actinomycetes), Corynebacterium (Corynebacterium), Bacillus (Bacillus), Escherichia (Escherichia), Pseudomonas (Pseudomonas), Salmonella (Salmonella), El Winiah (Erwinia), Penny room Solarium (Penicillium), Fusarium (Fusarium), Aspergillus way across to Fernand's (Aspergillus), Castello La grapes (Podospora), Creative source Four Leeum (Chrysosporium), Trichoderma (Trichoderma) and Neuro Castello La is selected from the group consisting of (Neurospora). 제 1 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기체가 콜로니를 형성하는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the organism forms colonies. 제 1 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 적합성 기판이 나일론, 니트로셀룰로오스, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 규소/실리카 및 유리질 탄소로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the vacuum compatible substrate is selected from the group consisting of nylon, nitrocellulose, polyethersulfone, polysulfone, polycarbonate, polystyrene, silicon / silica and glassy carbon. 제 1 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ToF-SIMS 검출가능한 생성물이 지방산, p-히드록시신남산, 신남산, 베타-갈락토시다아제 생성물로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the ToF-SIMS detectable product is selected from the group consisting of fatty acids, p-hydroxycinnamic acid, cinnamic acid, beta-galactosidase product. 제 15 항에 있어서, 상기 지방산이 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 디-호모-감마 리놀레산, 아라키돈산, 스테아리돈산, 에이코사테트라엔산, 에이코사펜타엔산, 도코사헥사엔산, 히드록시 지방산, 퍼옥시 지방산, 분지쇄 지방산, 인지질 및 인지질 단편, 트리글리세리드 및 트리글리세리드 단편으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.The method of claim 15, wherein the fatty acid is lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, di-homo-gamma linoleic acid, arachidonic acid, stearic acid, eicosateenoic acid, Eicosapentaenoic acid, docosahexaenoic acid, hydroxy fatty acids, peroxy fatty acids, branched chain fatty acids, phospholipids and phospholipid fragments, triglycerides and triglyceride fragments. 제 3 항에 있어서, 상기 1차 생성물이 비누화의 과정에 의해 반응물과 반응하도록 방출되는 것인 방법.4. The process of claim 3 wherein the primary product is released to react with the reactants by a process of saponification. 제 17 항에 있어서, 상기 비누화가 수산화 칼륨의 존재 하에 및 메탄올의 부재 하에 수행되는 것인 방법.18. The method of claim 17, wherein the saponification is carried out in the presence of potassium hydroxide and in the absence of methanol. 제 2 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 독특한 유기체 좌위가, 어레이 상의 각 유기체에 독특한 좌위를 할당하는 어레이의 광학적 사진을 생성함으로써 제공되는 것인 방법.5. The method of claim 2, wherein the unique organism locus is provided by generating an optical picture of an array that assigns a unique locus to each organism on the array. 6. 제 1, 2 및 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ToF-SIMS 생성물이 8 kD 이하인 것인 방법.5. The method of claim 1, wherein the ToF-SIMS product is 8 kD or less. 6. 제 2 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, ToF-SIMS 분석이 어레이의 디멘션에 걸친 2차원 픽셀 어레이의 각 픽셀에서의 데이터를 수집하는 것인 방법.The method of claim 2, wherein ToF-SIMS analysis collects data at each pixel of the two-dimensional pixel array over dimensions of the array. 제 1 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ToF-SIMS 데이터가 화학측정(chemometric) 방법에 의해 정밀화되는 것인 방법.5. The method of claim 1, wherein the ToF-SIMS data is refined by a chemometric method. 제 22 항에 있어서, 상기 화학측정 방법이 주요 성분 분석(PCA) 및 다변수 곡선 분리(MCR)로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.The method of claim 22, wherein the chemistry method is selected from the group consisting of principal component analysis (PCA) and multivariate curve separation (MCR).
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